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1、石油化工腐蚀与防护专 论Corrosion&ProtectioninPetrochemicalIndustry2004,21(3)·19·制氢装置管道材料的选用王金富(洛阳石油化工工程公司,河南洛阳471003)摘要:对于典型的制氢流程,其装置中的腐蚀介质主要有氢气和二氧化碳。氢气可以使金属材料产生氢损伤,二氧化碳水溶液可引起设备产生全面腐蚀和点蚀。制氢装置中的管道应依据Nelson曲线进行选材,在考虑安全性的同时,也要考虑其经济性问题。文章推荐其进料系统的管道主材可选用20号碳钢,脱硫和转化部分的管道主材可选用Cr5Mo,临氢部位要进行焊后热处理;变换部分管道主材可选用0Cr18Ni
2、9;PSA单元(变压吸附)一般可选用碳钢,但要验证其抗疲劳破坏能力。关键词:管道 材料 临氢设备 氢损伤中图分类号:TE174.34文献标识码:B文章编号:1007-015X(2004)03-0019-04 制氢装置是为炼油厂的加氢精制装置、加氢裂少,使钢的表面硬度和疲劳强度降低。化装置和化工厂的合成氨装置等提供氢源。轻烃氢腐蚀是钢材长期与高温、高压氢气接触之水蒸气转化制氢由于投资省、工艺成熟可靠、操作后,氢原子(或氢分子)通过晶格和晶间向钢材内部灵活方便、氢气成本低,在现代炼油企业中占据主扩散,这些氢原子与钢材内部的渗碳体发生化学反导的地位。下文以水蒸气转化制氢装置为例,对制应,生成
3、甲烷气,引起钢材内部脱碳。甲烷气体不氢装置中管道材质选择提出最基本的要求。能从钢材中扩散出去,而聚集在晶间,形成局部高压,造成应力集中而发展成裂纹,使钢材的强度及1 制氢装置的腐蚀介质和腐蚀机理韧性下降失去原有塑性而变脆。产生氢腐蚀有一1.1 氢气对金属的损伤个起始温度和一个起始氢分压。低于起始温度,氢一般说来,氢气对金属的损伤包括氢脆、氢鼓腐蚀反应速度很慢,碳钢的这一起始温度在220℃泡、脱碳、氢腐蚀四种破坏形态。左右。低于起始分压,则不管温度多高,只发生表氢脆是由于氢原子进入到金属内部,在位错和面脱碳而不发生严重的氢腐蚀,碳钢的起始氢分压微小间隙处聚集而达到过饱和状态,使位错不能运约
4、为1.4MPa。为了避免氢腐蚀,纳尔逊根据大量动,阻止滑移进行,降低钢材晶粒间的原子结合力,的试验结果和实际生产的数据,绘制了各种钢材产造成钢材的延伸率和断面收缩率降低,强度也出现生氢腐蚀的起始温度和起始氢分压曲线,称为Nel2变化。son曲线。该曲线已成为临氢设备选材的主要依据氢鼓泡是氢原子进入到金属的间隙、夹层处,并列入API标准(参见API941-1997)。并在其中复合成分子氢,结果产生很高的压力而使1.2CO2的酸性腐蚀夹层鼓起。CO2易溶于水,常温常压下饱和水溶液所溶解在上述两种情况下,钢材中所溶解的氢并没有的CO2浓度为0.04mol/L,大部分CO2是以结合较与钢材中的组
5、分起化学反应,也没有改变钢的组弱的水合物分子形式存在,只有一小部分形成碳织,除鼓泡外在显微镜下观察不到其它裂纹,但它们使钢材显著变脆,塑性减小。这种脆性是可逆收稿日期:2003-11-15。的,如果能去除溶解的氢气,就可以减少其脆性。作者简介:王金富,高级工程师。1986年毕业天津大学化脱碳是由于钢中的渗碳体在高温下与气体介工机械与设备专业,获学士学位;1991～1992年到日本JGC质作用产生分解的结果,反应式为:Fe3C+2H2→公司研修,获得合格证书;2003年获得国家科学进步一等3Fe+CH4。反应的结果导致表面层的渗碳体减奖。现任洛阳石化工程公司配管室副主任。©1995-200
6、6TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 石油化工腐蚀与防护 第·20·21卷 +酸,电离出的H会降低水的pH值。CO2溶入水后CO2腐蚀的发生都离不开水对钢材表面的浸湿作对部分金属材料有极强的腐蚀性。在相同的pH用。随着含水量的增大,CO2的腐蚀速度增大,在值下,由于CO2的总酸度比盐酸高,因此它对钢铁含水率为45%(质量)左右,CO2的腐蚀速度出现大的腐蚀比盐酸还严重,其腐蚀速率可达7mm/a甚幅度增加。至更高。②CO2分压:CO2分压对钢的腐蚀
7、形态有显著CO2水溶液能引起钢铁迅速腐蚀,使得管道和的影响。当CO2分压低于0.0483MPa时,易发生设备发生早期失效。例如,美国LittleCreek油田实CO2的均匀腐蚀;当CO2分压在0.0483～0.207MPa施CO2驱油试验期间,不到5个月油管管壁就腐蚀时,则可能发生不同程度的小孔腐蚀,腐蚀程度为穿孔,腐蚀速率高达12.7mm/a。中国华北油田58中度;当CO2分压大于0.207MPa时,会发生严重的53号井,曾日产原
