压力容器用钢的硫化氢应力腐蚀

宋诚

摘要：随着压力容器储存介质的范围不断扩大，使压力容器的经济效益一直在不断提高，但是在实际应用过程中，压力容器设备会出现应力腐蚀的情况，通过对现有压力容器应力腐蚀所产生的原因以及性质进行分析，了解压力容器设备的工作条件以及影响因素，提出减缓设备发生应力腐蚀的措施，以及在不同环境下对压力容器用钢的选材要求，从而进一步提高压力容器的经济效益。

关键词：压力容器;硫化氢;应力腐蚀

高含硫天然气压力容器管道采用的材质为抗硫不锈钢，对这种压力容器的腐蚀缺陷主要表现在为均匀减薄和点蚀，对含有点蚀缺陷的管材进行强度评价，确定其管道缺陷所允许的最大操作压力，做出正确的决策，帮助管道可以继续使用，减少压力容器的运行压力，并进行相应的缺陷修复工作，才可以让压力容器的使用寿命增加，节约相应的维修成本，进而避免管道发生事故。

1压力容器应力腐蚀特征分析

目前，我国很多工厂的压力容器设备已经使用很多年，因此在生产过程中往往会发生应力腐蚀开裂的现象。应力腐蚀开裂的裂纹经常发生在焊缝、熔合以及热影响区，很多研究学者称这些焊缝裂纹为应力腐蚀裂纹。压力容器设备所使用的材质均为低碳、低合金钢材料。从压力容器设备所在的环境介质以及温度条件上看，压力容器设备发生应力腐蚀的关键因素为酸露点温度，再生设备表面会形成结露状态，为腐蚀因素创造腐蚀条件。通过对压力容器设备腐蚀裂纹的部位以及扩展方向来看，裂纹发生的部位大多数为焊缝、熔合或者焊接热影响区域，裂纹会在垂直于焊缝方向进行扩展，所形成的裂纹比较短，其样式多为树枝状分叉。由此可以说明压力容器设备的应力腐蚀开裂与设备焊接后的金属组织变化以及焊接剩余应力有着直接关系，简单来讲就是设备焊接区为应力腐蚀失效的主要部位，因此应当注重这些部位的腐蚀防护。

2钢在硫化氢环境下的腐蚀机理

2.1氢鼓泡

钢在HZS水溶液会发生电化学反应，反应出来活性很强的氢会向钢中渗透，在钢材内部形成氢分子，随着氢分子的不断增加，所形成的压力也会不断提高，最终导致夹杂物尖端产生鼓泡，产生氢鼓泡的主要位置为钢中夹杂物与其他炼金不连续处。氢鼓泡的发生不需要外加用力，因此可以看出，氢鼓泡不属于应力腐蚀破坏的范围。

2.2氢致开裂

在钢的内部发生氢鼓泡区域，丹青的压力逐渐增高时，氢鼓泡会形成相互连接的状态，从而导致阶梯状特征的氢致开裂现象发生。这些裂纹大多数与钢材轧制方向平行，并且会形成扩散。钢材中非金属夹杂物处会增加氢致开裂的敏感性。

2.3硫化物应力腐蚀开裂

硫化氢在水溶液中由于电化学反应的作用会生成原子态氢向钢的内部进行渗透，氢原子在亲和力的作用下会形成氢分子，导致钢材晶格发生变形，钢材的柔韧性也会下降，并且在钢材内部会引起微裂纹，再外加应力的作用下会形成开裂现象，硫化物应力腐蚀开裂经常发生于焊缝以热影响区域。

从压力容器应力腐蚀分析结果可以得出，在焊缝与热影响区域存在强度高，韧性低的显微组织，压力容器选钢硬度越高，越容易出现微裂纹。因此为了避免或者降低硫化物应力腐蚀开裂现象，需要注意钢材化学成分以及力学性能，同時，还需要严格控制焊接工艺以及焊后热处理方式，使材料的焊缝以及热影响区域的硬度控制在合理范围之内。

3压力容器腐蚀防护及选材

3.1正确选择设备材质

由于腐蚀是由HC1，H2S引起的，因此对CL高度敏感的不锈钢18-8不能用作E-103/3.4管包装材料。根据数据，在不锈钢中添加适量的Si和Mo可以提高应力腐蚀的能力，特别是对于因抗蚀而引起的应力腐蚀。对于应力腐蚀，优选低碳，稳定的材料。对于氯化物，低碳和低氮的高应力腐蚀，可以使用高铬铁。但是，高铬铁素体晶粒大，并且韧性和焊接性差。因此，适用于该部件的材料是硅树脂，铝，高铬和不锈钢低双镍材质。双相不锈钢不仅具有奥氏体的优点，降低了高铬铁素体的脆性，防止晶粒增大，提高了铁素体的韧性和焊接性，而且还防止了奥氏体裂纹的扩展和改善，提高奥氏体屈服极限的优点，所以说选择双相不锈钢可以很好的提高压力容器的防腐性能。

3.2避免形成应力腐蚀环境

通过大量实践表明，在硝酸盐溶液中加入醋酸盐，苯酸盐等物质，可以有效阻止或者延长硝酸盐溶液对压力容器置设备壳体的应力腐蚀开裂。造成压力容器设备出现应力腐蚀的原因主要是在停工过程或者低温运行中所产生的腐蚀介质，因此在实际生产过程中，在开工之前或者停工之后需要向压力容器中加入缓释剂进行洗涤，可以在很大程度上防止腐蚀介质的出现，减少设备壳体的应力腐蚀。在停止生产时，应当将压力容器设备内壁温度降低烟气酸露点温度以下，否则会形成腐蚀环境，因此在采取蒸汽吹扫操作之后，需要添加相应的缓蚀剂进行处理。

3.3控制设备的综合应力

（1）合理设计压力容器的壳体结构，减少设备中应力集中的现象，避免设备中局部应力出现过大的情况，在满足生产工程要求的前提下，要选择合适压力容器壳体材料，不需要使用高强度的材料，以免壳体表面出现变形应力。

（2）由于壳体材料中的显微组织会对低碳钢和低合金钢的腐蚀行为造成影响，因此在对壳体材料焊接后应当进行应力消除措施，即采用高温退火等方式可以改善壳体材料的显微组织。因此对于壳体在焊接过程中所形成的焊缝需要进行消除应力处理，可以采用小锤敲击或者电热带进行热处理等方法，这些消除应力的处理方法能够有效降低压力容器的综合应力。

4结束语

压力容器应力腐蚀的原因有很多，主要包含水汽、二氧化碳含量以及硫化氢等都会对压力容器造成影响，企业和管理部门只有加强腐蚀检测、防腐技术和防腐管理才能避免因为腐蚀而压力容器泄漏的事故发生，只有将防腐工作落实到每个工作环节，合理选择压力容器的用钢材质，就可以有效把压力容器腐蚀所所造成事故概率降低。

参考文献：

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