特殊介质对压力容器选材的影响

特殊介质对压力容器选材的影响 一. 碱溶液（NaOH溶液） 高浓度的NaOH溶液，在溶液沸点附近很容易使碳素钢产生应力腐蚀。铬镍钼钢在NaOH溶液中也会发生应力腐蚀。（应力腐蚀） HG20581-1998 6.7.1 NaOH溶液 碳钢及低合金钢焊制化工容器如焊后或冷加工后，不进行消除应力热处理，则在NaOH溶液中的使用温度不得大于下所列的温度。当NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积大于等于5%时，也应该根据NaOH溶液的浓度符合该要求。NaOH溶液浓度小于等于1%或者NaOH溶液在其与烃类的混合物中的体积小于5%时，不受此限。 NaOH溶液 （重量%） 2 3 5 10 15 20 30 40 50 60 70 温度上限 （℃） 90 88 85 76 70 65 54 48 43 40 38                         二. 湿硫化氢（ ） 在以原油、天然气或煤为原料的压力容器中，湿硫化氢应力腐蚀是一个比较普遍的现象。硫化氢的浓度越高、溶液的PH值越低、钢的强度和硬度越高，就越容易产生应力腐蚀。（应力腐蚀） HG20581-1998 6.7.2 湿硫化氢应力腐蚀环境 1 腐蚀环境 当化工容器接触的介质同时符合下列各项条件时，即为湿硫化氢应力腐蚀环境： （1） 温度小于等于（60+2P）℃；P为压力，MPa（表压） （2） 硫化氢分压大于等于0.00035MPa即相当于常温在水中的硫化氢溶解度大于等于10P.P.M； （3） 介质中含有液相水或处于水的露点温度以下； （4） PH＜9或者有氰化物(HCN)存在。 2 要求及限制 在湿硫化氢应力腐蚀环境中使用的碳钢及低合金钢应符合下列各条要求： （1） 材料标准规定的屈服强度 MPa； （2） 材料实测的抗拉强度 MPa； （3） 材料使用状态至少为正火或正火+回火、退火、调质状态； （4） 碳当量限制（当碳当量限制超标时，应加大硬度限制的监测频度）； 低碳钢和碳锰钢          ≤0.40  =C+Mn/6 低合金钢（包括低温镍钢） ≤0.45  =C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 （5） 对非焊接件或焊后经正火或回火处理的材料，硬度限制如下： 低碳钢    HV(10) ≤220(单个值) 低合金钢  HV(10) ≤245(单个值) （6） 壳体用钢板厚度＞20mm时，应按JB4730进行超声波探伤，符合Ⅱ级要求。 3 制造要求 （1） 冷变形； 冷变形量小于等于2%    不需处理； ＞2%~≥5%              应力消除热处理； ＞5%                    正火或回火。 （2） 热处理后，不允许在接触介质一侧打钢印。 4 焊接 （1）所有焊缝均应经焊接工艺评定，包括对焊、补焊、管子与管板焊接、堆焊、角焊等； （2）在满足强度要求的前提下，尽可能采用低强度焊接材料； （3）焊接接头（包括焊缝、热影响区及母材）的硬度限制同6.7.2条第2款（5）要求； （4）焊接工艺评定、焊接试板及每一种焊接工艺施焊的产品焊缝（一条纵缝、环缝、接管焊缝和填角焊、管子/管板焊缝）均应按上述（3）要求进行硬度测定。产品上的硬度测定应在接触介质一侧的表面。工艺评定及试板上的硬度测定应在横截面上测定（距表面1.5mm处）； （5）焊缝外的起弧、打弧点（包括临时焊缝处）均应在焊后热处理前打磨0.3mm以上，并作磁粉或着色检查； （6）所有焊接接头不应留下封闭的中间空隙（如衬板、加强板的四周填角焊后），如属于不可避免时，应开设排气孔； （7）不允许存在铁素体钢与奥氏体钢之间的异种金属焊接接头。 5 焊后热处理 原则上应进行焊后消除应力热处理，焊后热处理温度应按标准要求尽可能取上限，以保证焊接接头的硬度达到上述要求。热处理尽量在炉内进行。当有困难时，应将含有接管等部件的筒节（或壳板）在炉内进行热处理。其余无法进行热处理的焊接接头也应采用硬度不大于HB185的焊接工艺施焊。 上述免除热处理，也可适用于管子与管板的焊接。 6 硫化氢严重腐蚀环境 容器工作条件符合下列各条工况时，为硫化氢严重腐蚀环境： （1）工作压力＞1.6MPa； （2） -HCN共存，且HCN＞50P.P.m； （3）PH≤9。 当容器处于 严重腐蚀环境时，除满足第6.7.2条第1款至第5款要求外，还应符合下列要求： （1）材料化学成分      S≤0.003% P≤0.025% （2）板厚方向断面收缩率      φ≥35% （三个试样平均） ≥25% （单个试样最低值） （3）所有焊接接头必须经过焊后热处理（不适用免除热处理条款）。 三. 液氨 用于液氨储存和运输的压力容器，若在充装、排料及检修过程中，无水液氨受空气污染，溶入氧和二氧化碳，反应生成的氨基甲酸铵对碳钢有强烈的腐蚀作用。钢的强度越高发生应力腐蚀开裂的倾向也越大。（应力腐蚀） HG20581-1998 6.7.4液氨应力腐蚀 1 当化工容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件时，即为液氨应力腐蚀环境： （1）介质为液态氨，水含量不高（≤0.2%），且有可能受空气（ 或 ）污染的场合； （2）使用温度高于-5℃。 2 在液氨应力腐蚀环境中使用的低碳钢和低合金高强度钢（包括焊接接头）应符合下列要求： （1）材料要求及限制按6.7.2条2款（1）~（5）； （2）焊接的要求按6.7.2条4款（1）~（5）； （3）焊后热处理或采用硬度不大于HB185的焊接工艺施焊； （4）液氨中添加大于等于0.2%的水作缓蚀剂，也可作为防止应力腐蚀裂纹的辅助。 四. 氯化物（Cl-离子） 奥氏体不锈钢与离子接触，易发生应力腐蚀。（应力腐蚀）[由点（小孔）腐蚀或缝隙腐蚀发展为应力腐蚀] 五. 氢 HG20581-1998 6.7.3 氢腐蚀环境 设计温度大于等于200℃与氢气氛相接触的化工容器用钢应符合本条规定。铁素体钢在高温高压氢气氛中使用温度限制如图6-1（纳尔逊曲线）规定，并应留有20℃以上的温度安全裕度。图6-1（纳尔逊曲线）所示的碳素钢和珠光体耐热钢在氢气氛中的使用限制是对钢材使用状态符合钢材标准的热处理制度规定，并与焊接后经过充分消除应力热处理而言的。 奥氏体不锈钢在图6-1（纳尔逊曲线）所示的温度及氢分压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除应力热处理。 六. 晶间腐蚀 晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀，腐蚀是沿晶粒边界和它相邻区域产生和发展，而晶粒本身的腐蚀则很轻微。这是一种危害很大的腐蚀，因为材料产生这种腐蚀后，宏观上没有明显变化不易察觉。 引起晶间腐蚀的环境有电解质溶液、过热蒸汽、高温水和熔融金属等。晶间腐蚀必须在腐蚀环境中，并且晶界物质的物理化学状态与晶粒本体不同时，才能产生。 对晶间腐蚀敏感的材料有铁素体和奥氏体不锈钢、铝合金、镁合金、铜合金等。为防止不锈钢的晶间腐蚀，可以采取在奥氏体不锈钢加入稳定化元素钛和铌，或采用超低碳不锈钢（如00Cr18Ni9）等措施。 HG20581-1998 5.1.3 奥氏体不锈钢使用于可能引起晶间腐蚀的环境时1，应按GB4334.1~4334.5《不锈钢晶间腐蚀试验方法》进行晶间腐蚀倾向性试验。（具体要求见HG20581-1998） 注1: “可能引起晶间腐蚀的环境”必须是存在电解质的电化学腐蚀环境，可能引起奥氏体不锈钢晶间腐蚀的电解质主要是酸性介质，如工业醋酸、甲酸、铬酸、乳酸、硝酸、磷酸、盐酸、硫酸、亚硫酸、氨基甲酸铵等，详见G.A.Nelson编“腐蚀数据图表”，全国化工设计中心站，1974年版。 一般纯净的醇、醛、酮、醚、苯、酚、烷、汽油等溶液以及气相介质对奥氏体不锈钢不会产生晶间腐蚀。 七 点腐蚀（小孔腐蚀） 点腐蚀是从金属表面产生针状、点状、小孔状的局部腐蚀。大多数的点腐蚀与卤素离子有关，影响最大的是氯化物、溴化物和次氯酸盐。点腐蚀常发生在静滞的液体中，提高流速就可减轻点腐蚀，此外，在不锈钢中增加钼的含量和尽量降低介质中的氯离子、碘离子的含量，均可有效地减少点腐蚀。 八. 缝隙腐蚀 换热管与管板联接处、法兰的连接面等，如果介质（电解质溶液-特别是含有卤素离子的介质）处于停滞状态而引起浓度增加，就会加速这些缝内金属材料的腐蚀。这种由于缝隙中积存静止介质或沉积物而引起的腐蚀称为缝隙腐蚀。为了尽量避免缝隙腐蚀，在压力容器的结构设计中，常采取措施避免或减少缝隙的形成，如避免介质的流动死角或死区，要使液体做到能完全排净；采用胀焊并用，减少管子与管板的间隙等。（即是没有氯离子也可能发生缝隙腐蚀） 九. 应力腐蚀 机械设备零部件在应力（拉应力）和腐蚀介质的联合作用下，将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，致使设备和零部件失效，这种现象称为应力腐蚀开裂。 根据介质的主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐及含氧水等，而分别称为氯裂（氯脆或氯化物开裂）、碱裂（碱脆）、硝裂（硝脆）及氧裂（氧脆）等。 应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同，它在极低的负荷应力下也能产生开裂；它与单纯由腐蚀引起的开裂也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。其全面腐蚀常常很轻，而其没有变形预兆，即发生突然断裂，应力腐蚀是工业生产中危害最大的一种恶性腐蚀类型。