硫化物应力腐蚀开裂(SSC)
硫化物应力腐蚀开裂
H.7.4 确定对 SCC的敏感性
用在表 H-9 中确定的环境苛刻度以及在表 H-8 中得到的有关最大布氏硬度和焊件焊后
热处理的基础数据,从表 H-10 中确定对 SCC的敏感性。按图 H-5 中流程来确定硫化物应力
腐蚀的敏感性。
图 H-5 确定硫化物应力腐蚀的敏感性
表 H-8 分析硫化物应力腐蚀所需的基础数据
< 50ppm 低
5.5-7.5
低
7.6-8.3
低
8.4-8.9
低
> 9.0
低
低
低
中
低
中
中
中
低
中
中a
高a
低
中
高a
高a
低
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。
环境劣度
高 中 低
表 H-13
高硫钢 a
S> 0.01%
焊接 焊后热处理
H. 7 硫化物应力腐蚀开裂( SSC)
H.7.1 概述
对 SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关,这主要与
pH 值和水中的 H2S 含量这两
个环境因素有关。典型地,人们发现钢中的氢溶解量在
pH 值接近中性的溶液中最低,而在
pH 值较低和较高的溶液中较高。在较低 pH 值中的腐蚀原因是因为 H2S,反之在高 pH值中腐
由于 HIC 厚钢板的质量是对 SOHIC敏感性的关键参数。另外, 通过 PWHT可以减轻 SOHIC的
产生和强度,但不能消除它。 应力作用的水平也影响着 SOHIC的发生和强度。 HIC/SOHIC 板
材制品中出现得较为突出, 但曾经有少数报道在管材中也有类似现象, 通常在那些输送氢的
高含硫集输管道焊接要点
1硫化物应力开裂(SSC):
在有水和H2S存在的情况下与腐蚀和拉应力有关的一种金属开裂
2氢开裂(HIC):
当氢原子扩散进钢铁中并在缺陷处结合成氢分子所引起的在碳钢和低合金钢的平面裂纹
3材料:
所有材料需有抗硫化物应力开裂
4焊接:
1焊接切割必须采用机械切割,2收弧点起弧点相邻间焊道错开30mm,3焊前均匀预热焊缝两侧各100mm,4返修焊口应对整个管口预热返修焊缝应按SY/T0599在母材、焊缝及热处理区做硬度测试硬度测试不合格在进行一次热处理在进行硬度检测仍不合格直接割除凡经二次热处理的接头均应在进行超声波检测5焊后热处理加热范围焊口两侧大于焊缝的3倍且不小于25mm加热区外的100mm范围应予保温。
硫化物应力腐蚀开裂(SSC)
H.7硫化物应力腐蚀开裂(SSC)H.7.1概述对SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关,这主要与pH值和水中的H2S含量这两个环境因素有关。
典型地,人们发现钢中的氢溶解量在pH值接近中性的溶液中最低,而在pH值较低和较高的溶液中较高。
在较低pH值中的腐蚀原因是因为H2S,反之在高pH值中腐蚀是因为高浓度的二价硫离子。
若高pH值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。
目前已知钢材对SCC的敏感性随H2S含量(例如H2S在气相中的分压,或液相中的H2S含量)的增加而增大。
H2S含量为1ppm这样小浓度的水中也发现对SCC有敏感性。
对SCC的敏感性主要与材料两种物理参数有关硬度和应力水平。
随着硬度的增加钢对SCC的敏感性也增加。
通常对用于湿硫化氢环境的碳钢压力容器和管道不考虑SCC,因为它们具有较低的硬度(强度)。
然而,焊接后的焊缝熔合区和热影响区具有高的残余应力。
高的残余拉应力与焊缝结合增加了钢对SCC的敏感性。
焊后热处理能够有效地减少残余应力,焊缝熔合区和热影响区的回火(软化)处理也有同样的效果。
对每英寸厚度在大约1150℉(621℃)下保温一小时(最少一小时)的热处理方法被证明是一种对碳钢有效的防止腐蚀性开裂的消除应力热处理方法。
对低合金钢有时需要更高的温度。
控制硬度和减少残余应力被认为是防止SCC的方法,在NACE RP 0472中有详细描叙。
H.7.2基础数据表H-8中列出了确定碳钢和低合金铁素体钢设备和管线对硫化物应力腐蚀开裂敏感性所需的基础数据。
如果无法确定准确的工艺参数,则需咨询知识丰富的工艺工程师来进行预测。
H.7.3确定环境苛刻度如果没有水存在,则认为设备和管线对SCC没有敏感性。
如果有水存在,则用从表H-8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-9中估计环境苛刻度(潜在的氢溶解量)。
H.7.4确定对SCC的敏感性用在表H-9中确定的环境苛刻度以及在表H-8中得到的有关最大布氏硬度和焊件焊后热处理的基础数据,从表H-10中确定对SCC的敏感性。
硫化物应力腐蚀破裂的特点
硫化物应力腐蚀破裂的特点在H2S腐蚀引起的破坏中,应力腐蚀破裂占很大比例,造成的破坏也最大。
在天然气、石油钻采中出现油气管、套管、阀门等硫化物应力腐蚀破裂(以下称SSCC)事故调查中,发现SSCC具有许多特点:(1)在比预想低得多的载荷下断裂;(2)一般材料经短暂暴露后就出现破坏,以一星期到三个月的情况为多。
但也有例外,例如合金钢制的气体钢瓶发生SSCC所经历的时间从开始充气后的24小时至5年;(3) SSCC的发生一般很难预测,事故往往是突发性的;(4)材料呈脆性断状态,断口平整;(5)碳钢和低合金钢断口上明显地覆盖着硫化物腐蚀产物,而不锈钢表面及断口往往无明显腐蚀迹象,腐蚀产物极少;(6)破裂源通常位于薄弱部位,这些部位包括应力集中点、机械伤痕(如刻痕、铲痕、打硬度痕迹等)、蚀孔、蚀坑、焊接热影响区、焊缝缺陷、冷加工、淬硬组织等;(7)裂纹粗,无分枝或少分支,多为穿晶型,也有晶间型或混和型;(8)对材料的强度与硬度依赖性很强,高强度、高硬度的材料对SSCC十分敏感;(9)未回火马氏体组织对SSCC特别敏感。
硫化氢腐蚀的影响因素1.材料因素在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中,以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显著,材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。
⑴显微组织对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高:铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。
注:马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感,但在其含量较少时,敏感性相对较小,随着含量的增多,敏感性增大。
(2) 强度和硬度随屈服强度的升高,临界应力和屈服强度的比值下降,即应力腐蚀敏感性增加。
材料硬度的提高,对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。
材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22(相当于HB200)的情况下,因此,通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。
硫化物应力腐蚀开裂的理论研究进展
硫化物应力腐蚀开裂的理论研究进展*张凤春1,李春福1,2,傅爱红1(1 西南石油大学材料科学与工程学院,成都610500;2 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500)摘要 结合计算材料学在硫化物应力腐蚀开裂领域的最新研究进展,从硫化物应力腐蚀开裂的各个阶段入手,综述了不同阶段的理论研究,重点阐述了密度泛函方法、分子动力学在表面吸附和扩散方面的研究,多尺度模拟方法、有限元方法在裂纹尖端应力场方面的研究,并提出了该领域未来的发展方向。
关键词 应力腐蚀开裂 密度泛函理论 分子动力学方法 多尺度模拟 有限元方法中图分类号:O346.2+2 文献标识码:AThe Theoretical Research Progress of Sulfide Stress Corrosion CrackingZHANG Fengchun1,LI Chunfu1,2,FU Aihong1(1 School of Materials and Engineerings,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500;2 State Key Labratoryof Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500)Abstract According to the latest research advance of computational materials in the field of sulfide stress corro-sion cracking(SSCC)and on the basis of different stages of SSCC,the theoretical research of different phases are sum-marized,with the emphasis on the application of density functional theory(DFT)and molecule dymamics method(MDM)on surface adsorption and diffusion,as well as utilization of multiscale simulation and finite element method(FEM)on the stress field of crack tip.The trend on this field in the future development is pointed out.Key words stress corrosion cracking,density functional theory,molecule dynamics method,multiscale simula-tion,finite element method *国家863高新技术研究发展计划项目(2006AA06A105);西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室基金(PLN0609) 张凤春:女,1988年生,硕士生,主要从事金属材料酸性腐蚀的电子理论研究 E-mail:nan1026feng@163.com 李春福:通讯作者,男,1947年生,教授,博士生导师,研究方向为材料的腐蚀与防护、材料的设计与计算、新型金属材料的开发与应用等 E-mail:li-chunfu10@163.com0 引言随着酸性油气田的大规模开发,硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)对油气井的开采和生产构成了严重威胁。
HIC和SSC试验
HIC和SSC试验
HIC和SSC试验
检测目的:检测材质抗硫化物应力腐蚀性能和抗氢致开裂性能
检测范围:石油管道,锅炉,液化气罐等压力容器,金属等制品
HIC和SSC试验
HIC:抗氢致开裂实验
SSC:抗硫化物应力腐蚀实验
抗硫化物应力腐蚀(Sulfide Stress Corrosion Cracking,SSCC 或SSC)是应力腐蚀(SCC)中的一个特殊类型,但与通常所说的应力腐蚀有所区别,在通常所说的应力腐蚀中,环境所起的作用是以阳极溶解为主,而SSC则是以阴极充氢为主。
目前SSC机理尚未被完全揭示,但目前大多数学者倾向于这种开裂是由氢导致,并且硫离子或硫化氢对氢向材质内的扩散有一定的促进作用。
在石油、天然气(尤其是天然气)长输管道中,高压高强度管道的硫化物应力腐蚀开裂会引发重大的安全事故,因此需要评价管线钢的抗SSC性能,保证管道
的安全。
HIC氢致开裂试验又叫抗氢诱导裂纹试验、抗氢脆试验,氢致开裂(HIC)英文全称是:Hydrogen induced cracking,简称HIC。
与金属原子相比,氢原子尺寸很小,容易从金属原子间的间隙扩散至金属基体内部,与基体发生物理化学作用,从而降低金属基体的机械性能。
HIC和SSC试验方法和标准
SSC硫化氢应力腐蚀:标准拉伸试验,标准弯梁试验,标准C型环试验,标准双悬臂梁试验
标准: NACE TM 0177-2016 NACE RM0175-2015 ASTM G39-99 GB/T4157-2017 ISO15156-2015 HIC:抗氢致开裂实验裂纹敏感性比值CSR 裂纹长度比值CLR 裂纹厚度比值CTR
标准:NACE TM 0284-2016 NACE RM0175-2015。
硫化物应力导致泵叶轮开裂事故的调查分析
硫化物应力导致泵叶轮开裂事故的调查分析硫化物应力导致泵叶轮开裂事故的调查分析摘要:以几个煤化工企业使用的灰水循环泵叶轮等过流部件发生开裂事故为例,分析事故形成的根本原因,认为泵送介质中含有的湿H2S成分和过流部件材料硬度选择不当是导致叶轮等过流部件开裂的根本原因,强调在湿H2S环境中泵过流部件材质选择时必须遵守的相关准则。
关键词:泵、煤气化、激冷水、硫化物应力开裂(SSC)、氢诱发开裂(HIC)。
前言近十几年来,随着我国煤化工产业高速发展,煤制油、煤制甲醇、煤制烯烃等大批装置的建设,带动了相关设备需求的激增。
在前道工序煤制气过程中,由于煤浆高温燃烧后的产生的“气体和煤渣混合物”要经过“水浴激冷”工序,因此水浴混合物的工艺水中会含有一部分固体颗粒并溶入很多煤燃烧产生的杂物,如各类硫化物、氯化物等,虽经过净化,但这些工艺循环水中仍然含有一些固体颗粒和各类杂质,输送这些工艺循环水的泵即为灰水或黑水循环泵。
设计院或工程公司在编制这类泵的采购技术规范/要求时,出于对耐磨性能的考虑,对材质耐磨性提出了较高的要求。
泵制造企业为了响应要求,不得不提高过流零部件的硬度,如将叶轮、泵体等硬度提高到HRC 40 以上。
但在实际使用过程中,经常发生叶轮等过流零部件碎裂的现象。
事故一旦发生,设备停机、影响生产,客户抱怨不断,同时泵制造厂也很着急,铸件供应商也很无奈。
图1-图4是几家大型煤化工企业所使用的泵设备叶轮和耐磨衬板出现碎裂的实例图片,可以看出裂纹非常整齐,没有韧性痕迹,这些零件都选用了硬度很高的耐磨材料制造。
本文为受客户委托,为其做的事故原因分析报告。
图1 叶轮开裂图2 衬板开裂图3 开裂的叶轮碎块图4 叶轮盖板裂纹原因分析从碎裂的过流零件材料特点和介质详细成分(特别是硫化物、氯化物)着手进行调查。
01材料特点根据调查,过流零部件碎裂的材质都是硬度比较高的铸铁类材料,材料牌号大体为AST M A 532中各类铸铁。
油气输送钢管硫化物应力腐蚀开裂试验评定标准探讨
a b r o a d w e r e s u mma r i z e d , a n d t h e p r o b l e ms s h o u l d b e p a i d a t t e n t i o n t o s e l e c t i n g t e s t s t a n d a r d f o r S S C C we r e a n a l y z e d . Re ar t o t h e r e l a t e d s t a n d a r d s c o mmo n l y u s e d i n S S C C t e s t i n C h i n a d o me s t i c a n d t h e a b r o a d , i t s u g g e s t s a d o p t i n g N ACE T M 01 7 7
i t c a n c o m b i n e c r i t i c a l s t r e s s j u d g me n t a n d ma c r o s c o p e a s w e l l a s mi c r o s c o p e t e s t i n g o f s p e c i me n s u r f a c e t o r e g a r d a s
输气管道的硫化物应力腐蚀_SSC_问题
输气管道的硫化物应力腐蚀(SSC)问题米秋占 于英姿(管道局焊接试验培训中心 065000) 摘 要 介绍了输气管道的硫化物应力腐蚀(SSC)的危害性,分析了SSC特征及产生的条件和机理,指出硫化物应力腐蚀的两大控制因素——材料韧性因素和介质因素。
通过抗SSC性能试验,给出了SCC的评价方法和抗SSC的有效途径。
主题词 SSC 控制 因素 材料 韧性 介质 危害 特征 机理 1 SSC在输气管道中的危害早在40年代末,美国和法国在开发含H2S酸性油气田时,发生了大量的硫化物应力腐蚀(Su lfide Stress Co rro si on C rack ing,简写SSCC或SSC)事故,我国输气管道主要集中在四川省,其中H2S含量偏高,表1[1]的统计结果表明:SSC是输气管道最主要的失效形式。
目前我国输送净化天然气(即含H2S <20m g m3)的输气干线,绝大多数采用16M n、X56、X60等级螺旋缝埋弧焊管,输送含H2S脱水干气采用大口径20号钢无缝钢管。
由于管输天然气中H2S的含量偏高,最高可达400~500m g m3,使天然气中H2S分压达0.0003M Pa或更高,具备了发生SSC 的条件。
加上管材质量性能不佳,使输气干线破裂事故不断。
根据1993年一份报告的统计,到1993年底,四川石油管理局输气公司经管的输气干线共发生78次因H2S偏高引起的SSC破裂事故。
四川石油管理局川东开发公司经管的输气干线,共发生28次SSC 破裂事故,如:威成线( 630×8mm,16M n 螺旋埋弧焊管)1968年9月投产,1971年在同一位置上,先后发生两次SSC断裂事故;佛纳线( 720×8mm,16M n螺旋埋弧焊管) 4.3 焊接技术的发展迅速。
采用高频焊接不但可生产高压锅炉管、高强油井管、管线管,还可大量生产汽车、装饰及食品用不锈钢焊管。
采用激光焊及新开发的电阻扩散焊接法可以生产汽车用精密管及高强管线管。
硫化氢应力腐蚀原理与防护措施
硫化氢应⼒腐蚀原理与防护措施炼油与化⼯REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY第20卷碳钢及低合⾦钢在湿度较⼤的硫化氢环境中易发⽣硫化物应⼒腐蚀(SSC),对⽯油、⽯化⼯业装备的安全运⾏构成很⼤的威胁。
对低浓度硫化氢环境,可通过净化材质、⼤幅降低S、P含量、改善材料组织结构等措施,对应⼒腐蚀起到有效抑制作⽤。
⼤庆⽯化公司ATK-101B天然⽓液体球罐(1500m3)在进⾏全⾯检验时,采⽤内表⾯磁粉检测发现27处焊缝纵向裂纹,最长的为1.6m,深度为6mm,见图1。
⽂中以ATK-101B天然⽓液体球罐为对象,对其基础材料分别进⾏硫化氢应⼒腐蚀性能试验和机理分析,并提出防护措施。
1硫化氢腐蚀机理1.1硫化氢的特性H2S在⽔中的溶解度很⼤,⽔溶液具有弱酸性,如在0.1MPa、30℃⽔溶液中H2S饱和浓度为300mg/L,溶液的pH值为4。
H2S不仅对钢材具有强烈的腐蚀性,⽽且对⼈体的健康和⽣命安全也有很⼤的危害性[1]。
H2S应⼒腐蚀的基本类型可分为应⼒腐蚀开裂、氢诱导裂纹、氢⿎泡等。
在ATK-101B天然⽓液体球罐的检测中发现,根据裂纹的宏观和微观形貌特征,可以判定裂纹为应⼒腐蚀开裂,见图2~5。
图2裂纹穿晶扩展图3裂纹台阶穿接特征图4裂纹两侧马⽒体组织图5裂纹内腐蚀产物1.2硫化氢腐蚀规律⽯油加⼯过程中的H2S主要来源于含硫原油中的有机硫化物,如硫醇和硫醚等。
这些有机硫化物在原油加⼯过程中受热会分解出H2S。
⼲燥的H2S对⾦属材料⽆腐蚀破坏作⽤,H2S只有溶解在⽔中,才具有腐蚀性。
在ATK-101B 天然⽓液体球罐的检测中发现,应⼒腐蚀不同于⼀般性腐蚀引起的机械破损,也不是整个储罐的⼤⾯积减薄,⽽是发⽣在局部的罐体区域,具有较⼤的突然性[2]。
1.3腐蚀条件(1)腐蚀环境。
①介质中含有液相⽔和H2S,且H2S浓度越⾼,应⼒腐蚀引起的破裂越可能发⽣。
②⼀般只发⽣在酸性溶液中,pH⼩于6容易发⽣应⼒腐蚀破裂;pH⼤于6时,硫化铁和硫化亚铁所形成的膜有较好的保护性能,不易发⽣应⼒腐蚀破裂。
液化石油气球罐硫化物应力腐蚀开裂分析及防止对策
804
117
280
16
922
5
950
27
392
20
39. 1
14
2014
0
高强度钢发生硫化物应力腐蚀开裂( SSCC) , 与临界应力强度和硫化氢的浓度有密切的关系。 随着硫化氢浓度的增加, 发生开裂的临界应力强 度降低, SSCC 敏感性增加, 在饱和硫化氢溶液中 达到最大值。另外, 材料经短暂暴露后就出现破 坏, 以1 个星期到 3 个星期的情况居多。
应力作用下, 在特定的腐蚀环境下所产生的开裂 及扩展失效事件。可见, 只有当环境、应力及材料 3 个因素均具备产生应力腐蚀时, 构件才会发生 应力腐蚀开裂。构件承受拉伸应力是发生应力腐
蚀的必要条件, 而材料及腐蚀介质的组合则具有 选择性, 即不同的材料及其微观组织不同, 则发生 应力腐蚀破裂的腐蚀环境也不同, 也就是说对特 定材料只有在特定的腐蚀环境中才会产生应力腐 蚀。近年来, 炼制原油中的总硫及硫化氢质量浓 度均大幅超过要求, 是导致近期球罐大量产生应 力腐蚀裂纹的主要原因。
0. 96 1. 04 1. 05 1. 03
注: 中国石化广州管& 2002∋ 28 号文要求总硫 ∃ 200mg/ m3 , 硫化氢 ∃ 5mg/ m3 。
储存介质情况
总硫情况 超标 最高含量/ 次数 ( mg # m- 3 )
硫化氢情况 超标 最高含量/ 次数 ( m g# m - 3)
123
# 44 #
石油 化工设备技术
2007 年
这种迁移过程中, 在应力及组织的诱导作用下, 氢 会在局部应力集中或组织缺陷处富集, 当氢富集 到一定程度时会出现开裂, 从而出现裂纹。由于 氢在钢铁中的扩散是个漫长的过程, 因此裂纹的 产生具有延迟性。
mr0103标准
MR0103标准全名为“Materials Resistant to Sulfide Stress Cracking in Corrosive Petroleum Refining Environments”,是由美国石油学会(API)制定的一项材料抗硫化物应力开裂(SSC)的标准。
该标准主要用于指导石油精炼环境中的材料选择和使用,以防止因含硫化氢的腐蚀性介质引起的硫化物应力开裂现象。
以下是根据您的要求撰写的关于MR0103标准的中文版式文章:MR0103标准解读引言在石油和天然气行业,硫化物应力开裂(Sulfide Stress Cracking, SSC)是一种常见的腐蚀问题,它会导致材料在受到应力作用时发生断裂。
为了减少这种风险,美国石油学会(API)制定了MR0103标准,旨在提供一套清晰的指导原则,帮助石油精炼行业选择和使用能够抵抗硫化物应力开裂的材料。
MR0103标准概述MR0103标准详细描述了在石油精炼过程中,如何选择和处理那些暴露于可能含有硫化氢的腐蚀性环境中的材料。
标准涉及的材料包括但不限于碳钢、低合金钢、不锈钢和镍基合金。
它规定了材料的化学成分、热处理、机械性能以及其他相关的制造要求。
背景知识:硫化物应力开裂(SSC)硫化物应力开裂是指在含硫化氢的环境中,由于腐蚀和应力的共同作用,导致材料产生裂纹并最终断裂的现象。
硫化氢是一种常见的有毒气体,它在石油和天然气的开采、运输和加工过程中经常出现。
如果材料没有适当的抗腐蚀性能,就会在硫化氢的作用下迅速失效。
材料选择MR0103标准强调,在选择用于石油精炼设备的材料时,必须考虑到设备所处的具体工作环境。
材料的选择应基于对以下因素的评估:- 硫化氢的浓度- 温度- 应力水平- pH值- 氯离子浓度- 其他可能影响腐蚀行为的因素材料的化学成分和热处理MR0103标准规定了材料的化学成分应符合特定要求,以确保其在含硫化氢的环境中具有足够的抗腐蚀性能。
sour service管道术语
sour service管道术语SourService管道是指在含有硫化氢(H2S)等有害气体的工作环境中使用的管道。
这种管道需要采用特殊材料和工艺,以确保管道的安全性和可靠性。
在 Sour Service 管道中,有一些特殊的术语需要了解:1. HIC (Hydrogen Induced Cracking):氢致裂纹,是 Sour Service 管道中的一种常见的破坏模式,指管道内部出现的裂纹,由于管道中存在 H2S 等有害气体,这些气体会导致管道材料的强度降低,从而引起裂纹的形成。
2. SSC (Sulfide Stress Cracking):硫化物应力腐蚀开裂,也是 Sour Service 管道中常见的破坏模式之一,指管道内部出现的应力腐蚀开裂。
在含有 H2S 等有害气体的环境中,管道材料容易发生脆性断裂,从而引起应力腐蚀开裂。
3. NACE (National Association of Corrosion Engineers):美国腐蚀工程师协会,是一个专门从事腐蚀科学和工程的组织,为Sour Service 管道的设计、制造、安装、检验和维修提供技术支持和标准规范。
4. H2S (Hydrogen Sulfide):氢化硫,是 Sour Service 管道中最常见的有害气体,具有毒性和腐蚀性,能够对管道材料和设备造成严重的损害。
5. Sour Service 管道材料:一般采用高强度、低合金钢材料,如 API 5L X65 等级的管材,以满足在含有 H2S 等有害气体的环境中的使用要求。
6. HIC/SWC testing:氢致裂纹/硫化物应力腐蚀开裂试验,是Sour Service 管道的重要测试方法之一,用于评估管道材料在含有H2S 等有害气体的环境中的抗裂性能和抗腐蚀性能。
7. Sour Service 管道的涂层:应选用高质量的防腐涂层,如环氧涂层、聚氨酯涂层等,以提高管道的抗腐蚀性能和使用寿命。
湿硫化氢环境中的硫化物应力开裂腐蚀分析
度小 于等于( 6 0 + 2 p ) ℃( p为表压 M P a 的值 ) ; ②H s
分 压 P( H S ) 33 5 0 P a , 即相 当 于常 温溶 解 在水 中的
阴极 2 H + 2 e— 2 H( 钢表 面吸附) —
P ( H S ) 17 > . 7 m g / L ; ③介质中含有液相水或处于露
钢的脆性增加 , 在外加拉应力或残余应力作用下形 成开裂。S S C腐蚀通常发生在中高强度钢中或焊缝
及其 热影 响 区等硬度 较 高的 区域 。
S S C腐 蚀机理 见 图 1 。
化物应力开裂( S S C ) 腐蚀 的风险具有重要的意义。
1 硫 化 物 应 力 开 裂 腐蚀 环 境 条 件
2 硫 化 物 应 力 开 裂 腐 蚀 机 理
硫化物应力开裂 ( S S C ) 腐蚀是指湿 H s 环境 中
因此 , 作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池 ,
2 0 1 4年 第 2期
尤克勤.湿硫化氢环境中的硫化物应力开裂腐蚀分析
3 . 3 材料 中氢 渗透 流量
・ 2 l・
点 以下 ; @p H< 7或有氰 化物 ( H C N ) 存在 。
2 [ H] ( 向钢中扩散) 或— H T
钢材 受 到 硫化 氢 腐 蚀后 , 阳极 的最终 产 物 就 是 硫化 亚铁 , 该产 物通 常是 一种 有缺 陷的结 构 , 它与 钢 铁表 面 的黏 结 力 差 , 易脱落 , 易 氧化, 且 电位 较 正 。
图 1 硫 化 物 应 力 开 裂 腐 蚀 机 理
国 内认 为 当钢 制化 H , s应 力 腐 蚀 环 境 : ① 温
硫化 氢 电化学腐 蚀过 程如 下 :
硫化物应力腐蚀破裂的特点
硫化物应力腐蚀破裂的特点在HS腐蚀引起的破坏中,应力腐蚀破裂占很大比例,造成的破坏也最大。
在天然气、石油钻采中出现油气管、套管、阀门等硫化物应力腐蚀破裂(以下称SSCC事故调查中, 发现SSC(具有许多特点:(1)在比预想低得多的载荷下断裂;(2)一般材料经短暂暴露后就出现破坏,以一星期到三个月的情况为多。
但也有例外, 例如合金钢制的气体钢瓶发生SSCC所经历的时间从开始充气后的24小时至5年;(3)SSCC勺发生一般很难预测,事故往往是突发性的;(4)材料呈脆性断状态,断口平整;(5)碳钢和低合金钢断口上明显地覆盖着硫化物腐蚀产物,而不锈钢表面及断口往往无明显腐蚀迹象,腐蚀产物极少;(6)破裂源通常位于薄弱部位,这些部位包括应力集中点、机械伤痕(如刻痕、铲痕、打硬度痕迹等)、蚀孔、蚀坑、焊接热影响区、焊缝缺陷、冷加工、淬硬组织等;(7)裂纹粗,无分枝或少分支,多为穿晶型,也有晶间型或混和型;(8)对材料的强度与硬度依赖性很强,高强度、高硬度的材料对SSCC十分敏感;(9)未回火马氏体组织对SSC(特别敏感。
硫化氢腐蚀的影响因素1. 材料因素在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中,以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显著,材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、__________ 强度、硬度以及合金元素等等。
⑴显微组织对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高:铁素体中球状碳化物组织 -完全淬火和回火组织一正火和回火组织一正火后组织一淬火后未回火的马氏体组织。
注:马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感,但在其含量较少时,敏感性相__________ 对较小,随着含量的增多,敏感性增大。
(2)强度和硬度随屈服强度的升高,临界应力和屈服强度的比值下降,即应力腐蚀敏感性增加。
材料硬度的提高,对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。
材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22(相当于HB2O0的情况下,因此,通常HRC2酣作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。
硫化氢应力腐蚀开裂原因的试验
硫化氢应力腐蚀开裂原因的试验王全庭【摘要】摘要:目前,硫化氢应力腐蚀开裂(简称SSCC)是化工装备行业的一个重要问题,用现在的硫化氢应力腐蚀原理还不能满意的解释所发生的所有实际问题,针对这一现象,试验从镀到铁丝上锌银,到硫化亚铁和氧化铁都能形成双极性电化腐蚀;腐蚀过程中在阴极区的渗氢,并产生氢脆性;氢在钢中有很强的穿越性,可在某地方汇集,并形成氢气压;从上述多个方面做了些研究实验工作,从而使SSCC原因更全面更合理些,为进一步解决SSCC提供了更多的参考。
【期刊名称】石油化工腐蚀与防护【年(卷),期】2014(031)003【总页数】3【关键词】关键词:双极性电化学腐蚀阴极渗氢氢脆性多年来硫化氢应力腐蚀开裂(简称SSCC)的问题困扰着石化装备行业,由此造成的损失也很多,到底产生SSCC的原因是什么?经查,国内外都沿用了:硫化氢电离,腐蚀铁,生成硫化亚铁,硫化亚铁电位较正,疏松多孔,加快腐蚀,在渗氢、拉应力的共同作用下,产生裂纹和断裂。
这一理论使SSCC有些问题得不到圆满的解释,因此进行了研究和验证,根据多年经验,从下述三个方面(实际是多个方面)进行了实验:(1)双极性电化学腐蚀;(2)脆性开裂是从阴极区渗氢所致;(3)氢原子在钢中可在某些地方汇集。
1 双极性电化学腐蚀试验双极性电化学腐蚀是一对正负电位相差比较大的电极,金属导电体在它两电极之间又形成一对新的正负极,电化学反应都是在后形成的电极上进行的。
实验方法:取一根长100 mm,粗4 mm的铁丝,一端(约30 mm)镀0.2 mm 的锌,一端(约30 mm)镀0.1 mm的银,中间用寛5 mm的塑料薄膜扎住,提起来,置于杯中,杯中食盐的质量浓度为10%的溶液,1.0N的盐酸(见图1)。
可观察到双极性电化学腐蚀的过程,即氢气不但在锌镀层上冒出,而且转到旁边的铁基体上和银镀层上,银镀层旁边的铁基体铁被腐蚀,锌镀层旁边的铁基体上氢离子被还原。
另一个试验是硫化亚铁和氧化铁对铁基体所形成的双极性腐蚀,取两只大口的塑料瓶,一个瓶装活化了的硫化亚铁(用滤纸裹好)和含稀硫酸亚铁的水溶液,一个装活化了的氧化铁(用滤纸裹好)和含稀硫酸高铁的水溶液,两瓶用φ4 mm 的铁丝穿起来(见图2)。
硫化物应力腐蚀开裂的防护
硫化物应力腐蚀开裂的防护可以采取以下措施:合金成分调整:通过调整金属材料的合金成分,可以增加金属的抗腐蚀性能,例如加入一定量的铬、镍等元素,可以显著提高金属的抗腐蚀性能。
热处理和加工:通过合理的热处理和加工工艺,可以消除或降低金属材料中的残余应力,从而减少应力腐蚀开裂的风险。
涂层保护:在金属表面涂覆一层耐腐蚀涂层,可以有效地将金属与腐蚀介质隔离,从而防止硫化物应力腐蚀开裂的发生。
缓蚀剂:在腐蚀介质中添加缓蚀剂,可以有效地减缓金属的腐蚀速率,从而降低应力腐蚀开裂的风险。
改善环境:通过改善环境条件,例如降低温度、压力等参数,可以减少硫化物应力腐蚀开裂的风险。
监测和维护:定期对金属材料进行监测和维护,及时发现并修复潜在的腐蚀损伤,可以有效地防止硫化物应力腐蚀开裂的发生。
综上所述,硫化物应力腐蚀开裂的防护需要从多个方面入手,包括合金成分调整、热处理和加工、涂层保护、缓蚀剂使用、改善环境条件以及监测和维护等。
湿H2S腐蚀破裂的试验方法
湿H2S腐蚀破裂的试验方法11、前言在石油生产中有很多设备都暴露在富含H2S的环境中,这些设备用碳钢制作,在湿H2S 中容易腐蚀破裂。
NACE(美国腐蚀工程师协会)开发了耐湿H2S破裂的材料要求和评价材料耐H2S破裂试验方法方面的标准。
开发硫化物应力破裂(SSC)、氢至破裂(HIC)和应力定向氢至破裂(SOHIC)试验方法是出于评价和评定材料在含硫环境中使用的工业需要。
NACE TM0177‘在H2S环境中金属耐特定形式环境性破裂的实验室试验’[1]是开发用于评价耐SSC的,而另一个NACE标准TM0284[2]则是开发用于评价管道和压力容器钢耐HIC性能的。
在NACE TM0284中规定的方法已经成功地用于评价化学成分、组织、材料加工和取向对耐HIC的作用。
为了研究SOHIC,在ASTM G-39[3]中所述的双梁试样结构已经用于研究拉应力下的焊接件和母体钢材。
2、试验方法所研究的试验方法已经用于开发用于含硫环境中使用的改良合金和特定含硫环境应用的材料选择中。
影响破裂行为的因素包括合金成分和显微组织、硬度、总应力(施加应力+残余应力)和诸如PH值和腐蚀性等环境参数。
举例说,图1示出了两种材料(AISI4130低合金钢和12%Cr不锈钢)在出现SSC的临界应力下的硬度的影响[4]。
表1列出了原来由Cotton开发后来写入NACE TM0284的在一个湿H2S环境中研究HIC的实验室试验方法—‘BP试验’的试验条件。
图1:低合金钢(AISI4130)和不锈钢(AISI410)的SSC门槛值对比无缝管和焊管的试样位置和取向如图2所示,母材和焊缝金属试块的尺寸均为20x100mmx壁厚,每种材料将3件不施加应力的试样浸没在H2S饱和溶液中。
试验之后,将每件试块按如图3所示分成3个剖面抛光,用100x放大倍率的光学显微镜作HIC检查。
通过以下3个比值定量评价HIC,结果如图4所示:1原著:M.Elboujdaini,CANMET材料试验室,加拿大。
hic和ssc和scc标准
hic和ssc和scc标准
关于"HIC"、"SSC"和"SCC"标准,我可以给你一些基本的解释和
背景信息。
1. HIC标准:
HIC是Head Injury Criterion(头部损伤准则)的缩写。
它是
一种用于评估车辆碰撞事故中乘员头部受伤风险的指标。
HIC标准
通常用于汽车和航空器等交通工具的安全设计中。
HIC标准的计算
基于头部加速度和时间的积分,以及其他相关因素,如碰撞速度和
乘员保护设备等。
2. SSC标准:
SSC是System Safety Certification(系统安全认证)的缩写。
它是一种用于评估和认证系统安全性的标准。
SSC标准通常适用于
复杂的工程系统,如航空航天、核能和铁路等领域。
SSC标准要求
系统设计符合特定的安全要求,包括风险评估、故障分析、安全措
施和验证等方面。
3. SCC标准:
SCC是Sulfide Stress Cracking(硫化物应力腐蚀开裂)的缩写。
它是一种用于评估材料在硫化物环境下的应力腐蚀开裂倾向的标准。
SCC标准通常适用于石油、天然气和化工等行业中的设备和管道材料。
SCC标准要求材料具有足够的抗应力腐蚀开裂性能,以确保设备和管道的安全运行。
总结起来,HIC标准用于评估车辆碰撞事故中乘员头部受伤风险,SSC标准用于评估和认证系统安全性,而SCC标准用于评估材料在硫化物环境下的应力腐蚀开裂倾向。
这些标准在各自领域中起着重要的作用,有助于确保相关产品和系统的安全性能。
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H.7硫化物应力腐蚀开裂(SSC)H.7.1概述对SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关,这主要与pH值和水中的H2S含量这两个环境因素有关。
典型地,人们发现钢中的氢溶解量在pH值接近中性的溶液中最低,而在pH值较低和较高的溶液中较高。
在较低pH值中的腐蚀原因是因为H2S,反之在高pH值中腐蚀是因为高浓度的二价硫离子。
若高pH值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。
目前已知钢材对SCC的敏感性随H2S含量(例如H2S在气相中的分压,或液相中的H2S含量)的增加而增大。
H2S含量为1ppm这样小浓度的水中也发现对SCC有敏感性。
对SCC的敏感性主要与材料两种物理参数有关硬度和应力水平。
随着硬度的增加钢对SCC的敏感性也增加。
通常对用于湿硫化氢环境的碳钢压力容器和管道不考虑SCC,因为它们具有较低的硬度(强度)。
然而,焊接后的焊缝熔合区和热影响区具有高的残余应力。
高的残余拉应力与焊缝结合增加了钢对SCC的敏感性。
焊后热处理能够有效地减少残余应力,焊缝熔合区和热影响区的回火(软化)处理也有同样的效果。
对每英寸厚度在大约1150℉(621℃)下保温一小时(最少一小时)的热处理方法被证明是一种对碳钢有效的防止腐蚀性开裂的消除应力热处理方法。
对低合金钢有时需要更高的温度。
控制硬度和减少残余应力被认为是防止SCC的方法,在NACE RP 0472中有详细描叙。
H.7.2基础数据表H-8中列出了确定碳钢和低合金铁素体钢设备和管线对硫化物应力腐蚀开裂敏感性所需的基础数据。
如果无法确定准确的工艺参数,则需咨询知识丰富的工艺工程师来进行预测。
H.7.3确定环境苛刻度如果没有水存在,则认为设备和管线对SCC没有敏感性。
如果有水存在,则用从表H-8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-9中估计环境苛刻度(潜在的氢溶解量)。
H.7.4确定对SCC的敏感性用在表H-9中确定的环境苛刻度以及在表H-8中得到的有关最大布氏硬度和焊件焊后热处理的基础数据,从表H-10中确定对SCC的敏感性。
按图H-5中流程来确定硫化物应力腐蚀的敏感性。
>9.0 低中高高表H-10 SCC敏感度环境苛刻度焊接时焊缝最大布氏硬度PWHT后最大布氏硬度<200 200-237 >237 <200 200-237 >237高低中高无低中中低中高无无低低低低中无无无H.8在硫化氢条件下的氢致开裂和定向应力氢诱导开裂(HIC/SOHIC-H2S)H.8.1概述氢致开裂可以定义为金属内部不同平面上或金属表面的邻近的氢鼓泡的相互连接而逐步形成的内部开裂。
形成HIC不需要有外部作用压力。
开裂的驱动力是由于氢鼓泡内部压力的累积而在氢鼓泡周围形成的高压。
在这些高压区之间不同的平面上的鼓泡相互连接,从而导致刚才内部裂纹的产生和发展。
鼓泡内压力的累积与钢材中氢的固溶量有关。
钢中氢的来源是钢与湿硫化氢反应产生的。
在这个反应中必需有水的存在,氢的固溶量与两个环境参数有关pH值和水中的H2S 含量。
典型地,人们发现钢中氢的固溶量在pH值接近中性的溶液中最低,而在pH值较低和较高的溶液中增加。
在较低pH值中的腐蚀原因是因为H2S,反之在高pH值中腐蚀是因为高浓度的二硫化物离子。
在高pH值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。
目前已知氢渗透随H2S含量(例如H2S在气相中的分压,或液相中的H2S含量)的增加而增大。
含有50 ppm H2S这样小浓度的水也发现足以引起HIC。
氢鼓泡是钢中的一些平坦的、充满氢的、不连续的孔洞(如:气孔、夹杂、分层、硫化物夹杂)。
鼓泡经常产生在轧制厚钢板中,特别是那些由于硫化物夹杂被拉伸后而产生的带状微观结构。
由于氢鼓泡而引起的对HIC的敏感性主要与厚钢板的质量有关,也就是钢板中夹杂物不连续的数量、面积、和形状。
对此,钢中的硫含量是关键的材料参数。
降低钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓泡和对HIC的敏感性。
加入钙来控制硫化物形式一般来说是有利的。
SOHIC可定义为大量的小的鼓泡由于氢致开裂在局部的高拉应力作用下在钢板厚度方向上的联合。
SOHIC是HIC的一个特别形式,经常出现在母材的焊缝和热影响区附近,因为在压力作用(来自内部的压力)和焊后残余应力的联合作用下,在此处产生了最大的应力。
由于HIC厚钢板的质量是对SOHIC敏感性的关键参数。
另外,通过PWHT可以减轻SOHIC的产生和强度,但不能消除它。
应力作用的水平也影响着SOHIC的发生和强度。
HIC/SOHIC板材制品中出现得较为突出,但曾经有少数报道在管材中也有类似现象,通常在那些输送氢的较为苛刻的环境中。
H.8.2基础数据表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H.8.3确定环境苛刻度如果没有水存在,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。
H.8.4确定设备HIC/SOHIC的敏感性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H-6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 50-1000ppm 1000-10000ppm >10000ppm <50ppm<5.5 5.5-7.57.6-8.38.4-8.9 >9.0 低低低低低中低中中中高低中中a高a高中中高a高a低低低低低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aS>0.01%低硫钢bS=0.002-0.01%超低硫钢cS <0.002焊接焊后热处理焊接焊后热处理焊接焊后热处理高中低高高中高中低高中低中低低中低无低低无b.典型地包括A70、A201、A212、A285、A515和1990年以前的大多数A516。
a.典型地包括20世纪80年代的早期添加了钙的A516(HIC)钢。
C.典型地包括20世纪90年代的后期A516(HIC)钢。
11 关于SSCC问题的问答2001年1月,中国石化科技开发部邀请英国壳牌石油公司材料专家霍普金申(音译)在南京就“高S原油加工过程中硫腐蚀及防护选材准则”做了讲座。
由于国情不同和国外专家有所保留,这篇资料的有些内容不太全面。
注:问----中石化各公司代表提问答----霍普金申问89:加氢装置硫化氢腐蚀开裂和氢鼓泡的重点部位?答在硫化氢和水共存的部位都发生湿硫化氢应力腐蚀。
问90:是否在pH<5时才会发生硫化氢应力腐蚀?答不是,在pH的任何范围内都会发生应力腐蚀。
加氢裂化注胺,pH9~12仍会发生硫化氢应力腐蚀,这是H2S和Cl-对奥氏体的破坏,不依赖于pH ,但有时在开裂尖端的pH小于7。
问91:谈谈16Mn钢的使用。
答用在硫化氢的环境下,钢中夹带S容易导致硫化氢开裂。
分馏塔内1%~2%的H2S问题不大,但是分馏炉则不行。
问21:压力容器检测用荧光粉针对H2S、湿H2S环境下检查压力容器检查什么内容,周期如何?答湿荧光粉,第一次检查无裂纹可5年每次,如果发现裂纹,则需要频繁检查。
问22:在H2S环境下,用CS材质,H2S浓度一般不超多少?答小于50ppm,大于则要检查。
问23:低强度合金钢在H2S环境下的H2S浓度要求?答焊后处理得好,可耐浓度高些,主要是检查焊缝,但在H2S环境下不得打硬度,不得动焊缝。
H2S应力腐蚀有一个临界温度,Cr9Mo、Cr5Mo在500~600°F以上,CS在500~600°F以下。
问49:同时存在硫化氢和氯离子,怎么办?答硫化氢腐蚀发生在碱性溶液,氯离子在这样的环境中不腐蚀。
氯离子在酸性溶液中腐蚀,而硫化氢在酸性溶液中不腐蚀。
HIC大多发生在酸性条件下,在碱性条件下也发生。
酸性条件下氯离子对SS有腐蚀,碱性条件下氯离子不会对316腐蚀。
问63:微量硫化氢会造成球罐产生裂纹吗?答热处理过的球罐再存液化气是,对S含量要求小于50ppm。
否则要用涂料。
问64:球罐的大型化?答 8000方要用合金钢的话,强度高,应力水平高。
对H2S的风险大,尽量不用。