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HIC氢致开裂试验

发布日期:2016-07-22

HIC氢致开裂试验方法的选择和应用

       随着高硫高酸原油加工量的增加,硫化氢对设备的腐蚀也愈加严重,已成为石化行业较为突出的问题,特别是湿H2S应力腐蚀开裂和氢致开裂,所引起的事故往往是突发的、灾难性的。因此,开展H2S腐蚀的相关研究对于确保石化设备的安全运转以及提高石化行业的生产效率具有重大的理论和实际意义。

一 基本性能研究:输气管线环焊接头抗HIC性能研究

        氢致裂纹(Hydrogen Induced Cracking,缩写为HIC),作为一种缺陷存在于管线钢及焊缝中,其对输气管线使用性能的影响至今尚无全面的认识。但大量的研究表明,HIC对钢材的常规强度指标影响不大,但对韧性指标影响较大,会使钢材的脆性倾向增大。在四川境内含硫化氢酸性输气管线中,已经发现因HIC引起破裂的多起事故,给国家带来了严重的经济损失。目前,我国对管线钢正在做比较系统的抗HIC性能倾向研究,环焊缝在整条管线中占相当大的比重,但我国对其焊接头抗HIC性能的研究还基本上处于空白。近几年正值我国天然气管道建设的高潮,为保证输气管线环焊缝质量的可靠性,开展对输气管线环焊接头抗HIC性能研究是非常必要的,研究的成果直接用于工程实际,为输油输气管线的施工建设可提供技术保障。

二 实验方法的选择与应用

       2.1 裂纹的形成

氢致开裂(HIC)与SSCC的驱动力不同,HIC不需要像SSCC那样的外力,其生成裂纹的驱动力是靠进入钢中的氢产生的气压,当氢气压超过材料屈服强度时便产生变形开裂,裂纹间相互扩展连接形成阶梯型开裂(SWC)。一般情况,H2S腐蚀环境用的管线钢和压力容器钢等产品均需做HIC性能检测。

      2.2 确定对SSC的敏感性

表H-11中列出的是预测碳钢设备和管线对HIC/SOHIC敏感性所需的数据。如果无法得知准确的工艺参数,则需请知识渊博的工艺工程师来获得最佳的估计。如果钢板中的硫含量不知道,则需请知识渊博的材料工程师来估计钢的质量。

表H-11 分析HIC/SOHIC-H2S所需的基础数据

 

天天乐棋牌APP下载 基础数据

说 明

是否有水存在(是或否)

确定设备和管线中是否存在游离水。不仅在工作条件下,还应包括在开工、停工、操作波动等等情况下。

水中是否存在H2S

确定水相中的H2S含量。如果不能容易地得到分析结果,可以用Petrie&Moore方法(参考资料2)来估算。

水的pH值

确定水的pH值。如果不能容易地得到分析结果,则由一个经验丰富的工艺工程师来估计。

是否有氰化物存在(是或否)

通过样品和(或)区域分析确定是否存在氰化物。不仅要考虑正常操作条件,还要考虑开工、停工及波动的情况等。

天天乐棋牌APP下载 钢板中的硫含量

天天乐棋牌APP下载 确定制造设备的刚板的硫含量。这可从设备的MTR文件中得到。如果没有,可从ASME或ASME的U—1钢材列表中查出。

钢制品的种类(板或管)

确定设备管线是板材或是管材。大多数设备均是用钢板卷制焊接而成的(如A285、A515、A516等等)。但是某些小直径设备是由管件制造的。大多数的小直径管是由钢管和管件制造的(如A105、A234等等),但大多数的大直径管(大于16 in的管)是由钢板卷制焊接而成的。

是否进行过PWHT(是或否)

确定是否设备/管线的所有焊件均进行了焊后热处理。

         如果没有水存在,则认为设备和管线对SCC/SOHIC没有敏感性。如果有水存在,则用从表H-12中得出的有关水中的H2S含量和它的pH值的基础数据再从表H-13中估计环境苛刻度(潜在的氢溶解量)。

         如果有氰化物存在,在pH>8.3和H2S浓度大于1000 ppm时SCC的敏感性将增大。

        对于用钢板焊接或卷制而成的设备和大直径管线,用从表H-12中确定的环境苛刻度和表H-11中列出的关于钢板中硫化物含量和焊后热处理的基础数据,从表H-13中确定HIC/SOHIC的敏感性。小直径的设备和管线通常被认为HIC/SOHIC敏感性较低,除非在它没有进行过焊后热处理并暴露在高苛刻度环境的情况外。此情况下应认为它具有中等敏感性。图5是确定对HIC/SOHIC敏感性的步骤流程图。

表H-12 环境苛刻程度

 

水的pH值

H2S浓度

<50ppm

天天乐棋牌APP下载 50-1000ppm

1000-10000ppm

>10000ppm

<50ppm

<5。5

5.5-7.5

7.6-8.3

8.4-8.9

>9。0

a

a

a

a

如果有氰化物存在且当pH值>8.3和H2S浓度高于1000ppm时将对SCC的敏感性增加一个等级。

表H-13 HIC/SOHIC的敏感性

 

环境劣度

高硫钢a

天天乐棋牌APP下载 S>0。01%

低硫钢b

S=0.002-0.01%

超低硫钢c

S <0.002

 

焊接

焊后热处理

焊接

焊后热处理

焊接

焊后热处理

 

a.典型地包括20世纪80年代的早期添加了钙的A516(HIC)钢。

b.典型地包括A70、A201、A212、A285、A515和1990年以前的大多数A516。

天天乐棋牌APP下载 C.典型地包括20世纪90年代的后期A516(HIC)钢。

图6 确定HIC/SOHIC的敏感性

2.3 实验样品和溶液

         样品长100mm,宽20mm,厚度为管壁厚度。管线钢每个实验管管体和焊接接头上各取三个样品。压力容器钢母材试样按照NACETM0284-96标准截取,其焊接样参照管线钢焊接试样方法截取。实验采用NACETM0284-96或GB8650-88标准。两标准都可以采用饱和H2S人工海水实验溶液,要求通入H2S前实验溶液pH值调至8.1-8.3,实验结束pH 值为4.8-5.4时实验有效。NACE标准还可采用标准A溶液,要求初始pH值为2.7±0.1,实验结束pH值<4.0。

图7  HIC实验标件形貌

2.4 计算方法及评定

        HIC性能采用分割法,通过金相显微镜测量每个断面裂纹的长度和厚度,然后用裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度率(CLR)、裂纹厚度率(CTR)三个参数来表示。

国内西气东输工程用X70管线钢评定采用ISO383-3:1999(E)标准,CSR≤2%、CLR≤15%、CTR≤5%;欧洲腐蚀协会EFC-16标准规定,CSR≤1.5%、CLR≤15%、CTR≤3%; 炼油厂家提出了更严格的标准:CSR≤0.5%、CLR≤5.0%、CTR≤1.5%。

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