石化特种设备中的硫化氢应力腐蚀与残余应力.pdf

石化特种设备中的硫化氢应力腐蚀与残余应力
张亦良,徐金泉,王羽辞
(北京エ业人学、北京100022
摘要]针对行化特种设各中倇化氢(H2S)应力腐蚀间题现状,综个比较了国际权威机构NACE,EFC以及
IO发布的最新标准、规范,对H2S应力腐蚀的环境界定、试验方法、影啊?素、应力腐蚀评价准则及对材料的
要求等做了扼要的综述。同时对焊接残余应力的产生:、测定方法、消除措施等进行了论述,刘举了实际参与
研究的发生应力腐蚀容器的例及残余应力的影响。
「关键词]H2S应力腐似:規范指南;评价准则:焊接残余应力
中图分类号1B337:TE91文献标识码」A1文章编号」10090.1742(2009)08-0038-(06
试方法做出了详细的叙述。2003年,O出版了最
新的关于イi油和人然气业用于在含硫化氢环境
硫化氢(H2S)应力腐蚀师裂是造成洲气田及イ
材料的新规范。这个规范对NACE和EFC酸性
化设备众多事故的重要破坏形式之一事放发生往环境的定义、试验方法以及试验结果判定中的某些
往是突然的,灾难性的。应力腐蚀丌裂( stre ss co rio-不足或不定都进行了重要补充和規定。这对工程
sion cracking)简称为SCC,而硫化氢环境下的开裂技术人员是一个极大地帮助为解决实际问趣提供
常称为碗化物应力腐似开裂( su Ifide stress crack ing.了权的根据。
SSC)。导容器和管道发4.SSC的主要?索有:坏
在压力容器和管道的制造与焊接过程中,不可
境介质中的H2S浓度特别是有水相存在的湿H2S避免地带米較高的焊接残余应力,根据对众多焊接
浓度),钢材S,P等化学成分及其组纠结构
结构残余应力的现场ジ测结果,一般情沈下其
在含H2S汕气环境巾作的管道、斥カ容器及焊接残余应力可达080以上,有的甚至达到
其他承载构件人多为碳钢和低合金钢制成。为防1.0o的水平,其与『作应力叠加将接近或超过屈
上.Sc的发生,正确选材对确保安全运行柲其重服应力。在H2S腐似环境下,在高残余应力区更易
要。工程上所依据的选材规范,最具权威的是美造成应力腐蚀、这也是多数特种设备在焊缝炇热影
腐蚀工程师协会NACE所制定的系列规范,即响区处出现裂纹的原。
NACE MR0175 NACE TM0177 NACE
TM0284?等试验规范。1998年,欧洲腐蚀联合
2关于湿硫化氢环境的定义
( Eu ropean fede ra tion of corro sion,EFC)根据大量实
关丁湿碗化氢环境的定义,在国际上比较权威
践经验及研究成果,推出了系列規范指南,其中第的规定是美国腐蚀工程帅协会NACE的规定。在
16号公报“的规定,使其在保述安全的条件下获得 NACE MRO175-2003,对硫化氢坏境作了如下
吏人的经济效益。而最新山版的17号公报则对规定
在硫化氢坏境下工作的材料的总体要求和具体测
1)酸性气体。以气体总压及H2S分压二.参数
收稿日期]2008-06-08;修日期2009-06-15
基金项日」+”国家科技撑计划课趑(2006AKOD2BO2
作者简介1张亦艮(1955-),女,北京市人,北京T.业人学教授,研究方向为疲劳断裂、应力腐蚀及安全评定;E-mai让 changyi(@ bjut cdu cn
38中国稈科学
O1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:/www.cnki.net
定义:气体总压≥0.45MPa(65Psia),f且H1S分
EFC认为pH值应予以考虑,放推出了pH值及
压≥00003MPa(005Psia),见图1。H1S分压的H2S分乐二参数定义酸性环境”,其型构图见
计算公式为:气体总压H2S克分子浓度(即Mol%图2。其中区域①为作唆性区、②则为过渡区、3为
/100)。例如,总压力为16MPa,H2S克分了浓度酸性区。
为0.01%时,其分压为Q.00016MPas
而最新版的RO标准IODS15156-22则刂
2)酸性原汕和多相原汕。当处理的原汕是两对EFC的准则进一步的细化,且在酸性坏境的定
相或三相原油(油、水、气)时,条件可放宽为:a气义上比EFC更加格。SO定义的酸性环境中硫化
相总压≥1.83MPa(265Psa)且H2S分压≥氢分比EFEC的准则缩小了10倍,并且在考虑了
00003MPa(0.05Psia);b当气相力pH值的同时还考虑了不同的硫化氢分压对酸性环
L.83MPa(265Psia)且H2S分压≥007MPa(10境的影响,将硫化氢分压小于Q0003MPal的区域
Psia),或气相HS含量超过15%。
定义为区域0,见图3。在这个区域范围使用的钢
材除了对SC利H℃高度敏感的钢材、屈服强度
l1S分压0.0003MPa
在965MPa以上的高强钢或者有应力集中的钢材之
俊性区
外,其他的钢材可以不做特殊防护。
6.9
0.69
总压0.45MPa
0.069
100010000
相HS浓度/10
4.5
图1NACE酸性环境图(气液二相)
Fig 1 n NACE acidic eny ironm ent
(gas- liqu id two-pha se)
?内最?关」湿H2S环境的规定是由中石
油化工总公司委托兰州石油机械研究所研究后提
00.0010.0
1S分压MP
出的。兰石所1985年起草的窃止湿碖化氢环境
中压力容器失效的推荐方法”?湿硫化氢环境定义
图2EFC酸性环境图(OCTG材料)
是:在同时存在水和硫化氢的环境屮,当硫化氢分
Fig 2 In 8EFC acidic env ironm en t
压大」或等」Q00035MPa时,或在同时存在水和
OCTG ma ter ils)
硫化氢的液化石油气中,当液相的硫化氢含量人大于
0.3 kpa
或等于10×10时,则称为湿硫化氢环境”。此规
定基本上等同于NACE的規定,只是根据硫化分
床在Q0003MPa时常温下水中溶解度约为10×
10的事实补充了液相硫化氢含量为10×10-的
规定
化工部HG20581-1998《钢制化容器材料选
用规定对湿硫化氢环境也基本用上述规定,
同时对温度和pH值也给了規定。该文件称:同时
满足以下条件者为湿硫化氢环境。
1)温度0~65sC
0
0.1
1001000
S分川/kIPa
2)H2S分压≥000035MPa,相当于水中H1S
溶解度≥10×10°
图3SD酸性环境图
3)介质中含液相水或处ず水的露点以下
Fig 3 In So acidic en v ironm en
4)pH值<6或有氰化物存在。
2009年第11卷第8期39
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