制氫裝置設(shè)備損傷及防護(hù)管理規(guī)定

1、制氫裝置設(shè)備損傷及防護(hù)管理規(guī)定對(duì)于制氫裝置而言，其顯著特點(diǎn)是高溫、臨氫 ，系統(tǒng) 中還有 CL -及堿存在。結(jié)合制氫特點(diǎn)，將操作中涉及到的由 于腐蝕損傷及冶金學(xué)問(wèn)題引起的損傷進(jìn)行說(shuō)明。1 濕硫化氫腐蝕一般把濕硫化氫環(huán)境定義為：H 2S在水相中的濃度等于或高于 50wppm 時(shí)，稱(chēng)為濕 H2S 環(huán)境。濕硫化氫一般引起氫鼓泡、氫致開(kāi)裂、硫化物腐蝕應(yīng)力 開(kāi)裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂等形式的損傷。在濕硫化氫環(huán)境中 使用的設(shè)備、 管線(xiàn)、管件等應(yīng)選用鎮(zhèn)靜鋼， 并盡可能減少 MnS 等夾雜物的含量。要降低設(shè)備和構(gòu)件的高應(yīng)力集中區(qū)，加工 后必須施行消除應(yīng)力的熱處理， 保證焊縫及其附近的硬度 在允許值以下。2 高溫硫或

2、硫化氫與氫共存的腐蝕處理含硫的原料油時(shí)，對(duì)于在240425C高溫部位的設(shè)備與管道會(huì)出現(xiàn)高溫硫的均勻腐蝕。腐蝕的實(shí)質(zhì)是有機(jī)硫 化物轉(zhuǎn)化為硫化氫和元素硫，它們與鋼材中的鐵素體反應(yīng)生 成硫化鐵。硫及硫化氫腐蝕反應(yīng)需在一定的溫度下進(jìn)行，一 般在240 C以上就有腐蝕發(fā)生。 硫化氫在350400 C時(shí)還可 分解為硫和氫，而生成的活性硫的腐蝕比硫化氫更強(qiáng)烈。所以對(duì)于含硫化氫物流在 240 C以上高溫場(chǎng)合或在 300 C以上 操作條件下有較高硫含量的油品加工時(shí)，一般選擇鎳鉻較高 （鉻18%鎳10%）的鋼材解決抗腐蝕問(wèn)題。對(duì)于硫化氫與氫共存的條件下，它對(duì)鋼材的腐蝕比硫化 氫單獨(dú)存在時(shí)更為嚴(yán)重，因氫在腐蝕過(guò)程中

3、象是起著催化劑 的作用，加速腐蝕的進(jìn)程。此場(chǎng)合可按柯柏（COUPER ）曲線(xiàn) （即鋼在硫化氫十氫氣條件下的等腐蝕曲線(xiàn)） 來(lái)估算腐蝕率后再確定所選材料。3 奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離 對(duì)于有奧氏體不銹鋼堆焊層的設(shè)備，在高溫高壓氫氣介 質(zhì)中操作時(shí)，氫會(huì)侵入容器壁中，而當(dāng)設(shè)備從正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 停工時(shí)，由于氫在母材與奧氏體不銹鋼堆焊層中的溶解度和 擴(kuò)散速度不同，將在過(guò)渡層上吸藏大量的氫，且因二者的線(xiàn) 膨脹差別大形成很大殘余應(yīng)力而使母材與堆焊層產(chǎn)生剝離 現(xiàn)象，此損傷與氫分壓、溫度、停工時(shí)的冷卻速度、反復(fù)停 工的頻率等操作條件與工況都有關(guān)系。為防止或緩和這種剝離裂紋的發(fā)生或擴(kuò)展，在設(shè)備使用 過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格

4、遵守操作規(guī)程，盡量避免非計(jì)劃緊急停車(chē)， 以及在正常停工時(shí)要設(shè)定使氫氣盡可能從器壁中釋放出去 的停工條件，以減少殘余氫量。另外，在定期檢修中，采用 超聲技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)以判斷是否有剝離發(fā)生或擴(kuò)展也是很必 要的。4 高溫蠕變爐管材料在蠕變溫度以上長(zhǎng)期使用，會(huì)發(fā)生高溫蠕變。 這一現(xiàn)象在轉(zhuǎn)化爐和裂解爐中比較明顯。高溫爐管在運(yùn)行中 產(chǎn)生蠕變的過(guò)程是很復(fù)雜的，一般是在蠕變發(fā)展到一定程度 時(shí)，先在距離壁內(nèi)側(cè)約 1/3 處產(chǎn)生空洞，空洞幾乎都在碳化 物與基體的交界處形成 .隨蠕變的進(jìn)行， 空洞增加并沿碳化物 連接起來(lái)形成微裂紋。隨后裂紋先向內(nèi)側(cè)，后向外側(cè)擴(kuò)展。 在爐管內(nèi)壓及熱應(yīng)力等作用下，最終導(dǎo)致?tīng)t管開(kāi)裂。管式爐

5、中蠕變破壞較嚴(yán)重的是轉(zhuǎn)化爐的爐管.這主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)化爐爐管使用溫度和管內(nèi)壓力都比較高的緣故，管壁 設(shè)計(jì)溫度910940 C,內(nèi)壓3.5MPa左右.轉(zhuǎn)化爐爐管在使用 4 萬(wàn)小時(shí)后可能出現(xiàn)裂紋。其次是乙烯裂解爐，乙烯裂解爐管 的 設(shè) 計(jì) 使 用 溫 度 雖 然 比 轉(zhuǎn) 化 爐 高 ， 但 管 內(nèi) 壓 力 底 0.10.3MPa，比轉(zhuǎn)化爐底得多溫度和壓力的差異，使蠕變破 壞的程度和主要特征也有所不同。一般來(lái)講，爐管發(fā)生蠕變破壞的主要特征為： 在直徑或軸線(xiàn)方向上產(chǎn)生塑性變形。 管壁出現(xiàn)較多的蠕變裂紋：蠕變裂紋多發(fā)生在距內(nèi)壁 1/31/4 壁厚處，再向內(nèi)壁和 外壁發(fā)展，一般向內(nèi)壁發(fā)展快于外壁，產(chǎn)生破斷的裂

6、紋以軸 向?yàn)橹鳌?顯微組織變化 蠕變裂紋基本是沿晶裂紋，裂紋發(fā)生前出現(xiàn)晶界碳化物，呈較粗的不連續(xù)鏈狀，二次碳化物粗化，產(chǎn)生蠕變孔洞 和顯微裂紋等。不同爐子由于使用條件和爐管材質(zhì)，規(guī)格不同，發(fā)生蠕 變破壞的形式和特點(diǎn)也各不相同 .如轉(zhuǎn)化爐， 制氫爐工作壓力 高，管壁厚，但溫度略底，發(fā)生蠕變的主要特征是出現(xiàn)蠕變 裂紋，蠕漲和凸包的情況不嚴(yán)重。乙烯裂解溫度爐溫度比較 高，管壁薄，發(fā)生蠕變時(shí)往往蠕漲和凸包較嚴(yán)重。就蠕漲而言，厚壁管易產(chǎn)生梨形局部凸包，薄壁管易產(chǎn) 生直徑均勻漲大 （相對(duì)而言 ）或條件擠壓狀蠕漲，個(gè)別爐子還 出現(xiàn)苞疹似較小的斑塊狀凸包。5 高溫滲碳 有化學(xué)反應(yīng)的管式爐爐管，如制氫轉(zhuǎn)化爐或合

7、成氨一段轉(zhuǎn)化爐的轉(zhuǎn)化管，乙烯裂解爐的爐管等，其金屬溫度一般都 高達(dá) 8001000 度，還要承受一定的壓力和介質(zhì)腐蝕。由于 使用條件十分苛刻，必須采用奧氏體鋼或高鉻鎳合金，如TP310，Alloy800 ，HK-40 ，HP-40Nb，HP-40NbTi 等。它們 的咼溫?fù)p壞除 C相脆化和蠕變斷裂外，還有晶界氧化和滲碳"XT o滲碳是爐管在高溫長(zhǎng)期使用過(guò)程中，鉻的氧化膜逐步長(zhǎng) 大，由于氧化膜的膨脹系數(shù)與基體金屬有很大差別，氧化膜 將隨溫度的波動(dòng)而產(chǎn)生裂紋，最后鼓起，剝落。隨著滲碳量 的增加，引起 Cr7C3 析出，導(dǎo)致氧化膜下面基體金屬貧鉻， 氧化膜再生困難， 從而又加速滲碳 .離心

8、鑄管管內(nèi)的滲碳從鑄 造缺陷開(kāi)始的，并在晶界上生成碳化物。由于碳化物比基體 更易氧化，發(fā)生選擇性氧化而使裂紋發(fā)展，最終導(dǎo)致管子破 裂。對(duì)離心鑄管內(nèi)表面進(jìn)行機(jī)加工，除去鑄造缺陷層，可使 滲碳問(wèn)題得到頗為滿(mǎn)意的解決。6 堿脆 金屬在持久拉應(yīng)力（包括外加載荷、熱應(yīng)力及冷加工、 熱加工或焊接后的殘余應(yīng)力等）和特定的腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用 下出現(xiàn)脆性開(kāi)裂，特點(diǎn)是出現(xiàn)腐蝕裂縫甚至斷裂，裂縫的起 源點(diǎn)往往是在點(diǎn)腐蝕小孔或腐蝕小孔的底部；裂縫擴(kuò)展有沿 晶間、穿晶粒和混合型三種，主裂縫通常垂直于應(yīng)力方向， 多半有分枝；裂縫端部尖銳，裂縫內(nèi)壁及金屬外表面的腐蝕 程度通常很輕微，裂縫端部的擴(kuò)張速度很快，端口具有脆性 斷裂的

9、特征。含氯離子介質(zhì)中使用的奧氏體不銹鋼換熱器容 易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂如常頂奧氏體不銹鋼空冷管束斷裂，塔 底襯里破裂等：鍋爐的堿脆，或稱(chēng)苛性脆化；汽輪機(jī)葉輪的 飛裂；在潮濕的含硫化氫氣氛中的某些鋼材開(kāi)裂，硫化物應(yīng) 力開(kāi)裂。易于產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的環(huán)境：高溫堿液 ( NaOH.Ca(OH) 2LiOH )、氯化物水溶液、海水，海洋大氣、 連多硫酸、高溫高壓含氧高純水、水蒸氣(260C)、濃縮鍋爐水、260C CH2SO4、濕潤(rùn)空氣(濕度90%)、NaCl+H 2O2水溶液、熱NaCI、濕的氯化鎂絕緣物、H2S水溶液。7 氯離子腐蝕 不銹鋼用作海水、工業(yè)水等的熱交換器的鋼管，或用作其它配管、塔、容器等時(shí)，常由于環(huán)境中含有微量的CL-離子，由于離子濃縮而發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。對(duì)于氯化物應(yīng)力腐 蝕開(kāi)裂的解釋也有多種說(shuō)法：a) 吸附理論：在承受應(yīng)力的情況下， 氯離子吸附在裂紋尖端，造成原子M-M °之間的結(jié)合力下降和破壞。 這一過(guò)程的不 斷進(jìn)行，造成了 SCC 的擴(kuò)展。b) 電化學(xué)理論：