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在硫化氢应力腐蚀下压力容器材料的选择

一、湿硫化氢腐蚀环境的定义

美国腐蚀工程师协会(NAcE)的MR 0103—2005《MaterialsResistaIlt to sul6de Stress cracking in cormsive Petroleum RefiningEnvimnmems》标准中定义如下:

容器接触的介质在液相中存在游离水,且具备下列条件之一时称为湿H2S腐蚀环境:

(1)游离水中溶解的H2S浓度大于50mg/L;

(2)游离水的PH值小于4.0,且溶有H2S;

(3)游离水pH>7.6且水中含20ppm溶解的氢氰酸(HCN)和一些溶解的H2S

(4)气相中的H2S分压(绝压)大于O.3kPa。

湿H2S腐蚀环境分类:

根据腐蚀机理不同,湿H2S腐蚀环境可以分为I类和II类。

II类湿H2s腐蚀(HB、HIC和S0HIC)环境:

当容器的工作环境为室温至150℃并符合下列其中任何一条时称为II类湿H2S腐蚀环境:

(1)由含水腐蚀产生的氢活性高;

(2)H2S在水中的浓度大于2000mg/L,且pH值大于7.6;

(3)H2S在水中的浓度大于50mg/L,且pH值小于4.0;

(4)游离水的pH值大于7.6,且水中的HCN或氰化物含量大于20 mg/L,并溶有H2S。

I类湿H2S腐蚀(SSC)环境:

湿H2S腐蚀环境不符合II类的即称为I类湿H2S腐蚀环境。

二、材料选择一般原则:

对于按照弹性设计准则设计制造的设备所用材料的选择和评定可按照ISO 15156-2(GB/T20972.2)和ISO15156-3(GB/T20972.3)或NACE_MR0175-2003标准中已经评定合格的材料中选择,这些标准中已经限定了避免发生应力腐蚀的环境条件,只有在满足这个限定条件时才能按照相应规范的要求选择材料;如不满足这些限定条件需进行HIC及SSC试验,满足相应标准要求。

三、碳钢、低合金钢和铸铁材料免SSC及HIC试验的条件

1.材料应为以下一种状态交货:

热轧(仅限碳钢)

退火

正火

正火+回火

正火、奥氏体化、淬火+回火

奥氏体化、淬火+回火

2.材料硬度不超过22HRC,且镍含量小于1.0%;S≤0.003%,P≤0.010%

3.材料屈服强度小于355MPa

4.材料抗拉强度小于630MPa

5.碳当量限制:

  低碳钢和碳锰钢: CE≤0.43 CE=C+Mn/6

  低合金钢: CE≤045  CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

6.厚度大于12mm时应逐张超声波检测

7.焊缝及热影响区硬度不超过22HRC

8.不允许打钢印及硬性标记

9. 设备焊后消除应力热处理

四、奥氏体不锈钢材料免SSC及HIC试验的条件

1.化学成分限制

2.应固溶退火加淬火,或退火加热稳定化热处理状态

3.不允许通过冷加工来提高机械性能

4. 原材料、焊缝及热影响区硬度不超过22HRC

5. 环境限制

HIC试验

常用按NACEETM0284—2016,一般为A溶液,

要求:CLR≤5%; CTR≤1.5%; CSR≤0.5%

其中:CLR一开裂长度比;CTR一开裂厚度比;CSR一开裂敏感性比

SSC试验

主体材料抗硫化物应力开裂试验,常用方法按NACE TM0177-2016,具体要求如下:从每批锻件中σb或HB最高的锻件上取一组试样,每批钢板中取一组试样进行抗硫化物应力开裂试验,其门槛应力σth≥247MPa为合格。A、B、D类焊接接头的抗硫化物应力开裂试验,从焊接工艺评定试板上取一组试样进行抗硫化物应力开裂试验,其门槛应力σth≥247MPa为合格

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