承压设备损伤模式识别精简版38页

承压设备损伤模式识别

1 围

本标准规定了承压设备主要损伤模式的定义、机理、形态、影响因素、敏感材料、易发装置和设备、主要预防措施、检测方法、相关或伴随的其他损伤模式等。

本标准适用于承压设备的设计、制造、检验、安全管理、检修、事故分析与统计，为承压设备的事故调查分析和确定我国各类承压设备通用失效数据库提供依据。

2 规性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适应于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适应于本文件。

API RP 571 《炼油设备中的失效机理》

API RP 580 《基于风险的检验》

3 术语和定义

GB/T XXXX.1- XXXX《承压设备系统基于风险的检验实施导则第1部分：基本要求和实施程序》界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

腐蚀减薄corrosion thinning

构件材料在腐蚀介质或腐蚀环境的作用下，材料被腐蚀，造成的厚度减薄。

3.2

环境开裂environmental cracking

构件材料在介质或环境作用下发生的开裂，包含应力腐蚀开裂和非应力导向开裂。

3.3

材质劣化material deterioration

构件材料在温度或介质等因素作用下，金相组织或材料组成结构发生变化，导致耐腐蚀性能下降，或冲击韧性等力学性能指标降低的过程。

3.4

机械损伤mechanical damage

机械载荷作用下材料发生组织连续性被破坏或功能丧失等损伤的过程。

3.5

奥氏体钢austenitic stainless steel

金相组织为奥氏体的不锈钢或镍基合金。

3.6

碳钢carbon steel

未人为添加合金元素的钢，允许其含有符合规要求的少量合金元素，这些元素可能会影响材料耐腐蚀性、焊后强度以及韧性，包括Cr﹑Ni﹑Mo﹑Cu﹑S﹑Si﹑P﹑Al﹑V及B。

3.7

双相不锈钢duplex stainless steel

含有奥氏体——铁素体混合组织的不锈钢族。

3.8

铁素体不锈钢ferritic stainless steel

使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。

3.9

低合金钢low alloy steel

添加铬元素和其它合金成分以提高材料高温强度﹑抗蠕变性能，且总和最多不超过9%（质量比）的钢族。

3.10

马氏体不锈钢martensitic stainless steel

通过淬火、回火等热处理对材料性能进行调整，金相组织主要为马氏体的不锈钢。

3.11

镍基合金nickel-based alloy

以镍作为主要合金元素（镍元素含量质量比>30%）的合金族。

3.12

不锈钢stainless steel

以铬作为耐蚀性的基本元素，且含铬量≥12%（质量比）的钢材，能够耐受一定的空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。按在室温下金相组织分为四类：奥氏体不锈钢﹑铁素体不锈钢﹑马氏体不锈钢﹑双相不锈钢。

4 腐蚀减薄

4.1 盐酸腐蚀

4.1.1定义

金属与盐酸接触时发生的全面腐蚀/局部腐蚀。

4.1.2损伤机理

M+2HCl→MCl2+H2 (1)

4.1.3损伤形态

碳钢和低合金钢盐酸腐蚀时可表现为均匀减薄，介质局部浓缩或露点腐蚀时表现为局部腐蚀或沉积物下腐蚀。奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢发生盐酸腐蚀时可表现为点状腐蚀，形成直径为毫米级的蚀坑，甚至可发展为穿透性蚀孔。

4.1.4敏感材料

碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢等所有常用材料。

4.1.5主要影响因素

a)盐酸浓度：腐蚀速率随着盐酸浓度的升高而增大。在换热器和管道中的氯化铵盐或盐酸胺盐沉积物易从工艺流或注入的洗涤水中吸收水份，在沉积物下可形成局部的氯化氢水溶液，水溶液的pH值低于4.5时对碳钢和低合金钢的腐蚀性较强；

b)温度：腐蚀速率随着温度的升高而增大；

c)合金成分：奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢抗盐酸腐蚀能力较差，蒙乃尔合金、钛（含钛合金）和镍（含镍合金）对盐酸

具有较好的抗腐蚀能力，尤其对温度不高的稀盐酸有优良的抗蚀性；

d)催化/钝化剂：氧化剂(氧气、铁离子和铜离子)存在时，会加速蒙乃尔合金和哈氏合金的腐蚀；氧化性氛围中的钛具有优良的抗盐酸腐蚀能力。

4.1.6易发装置和设备

a)常减压装置：常压塔塔顶系统中，塔顶蒸汽流降温形成含盐酸的冷凝液，pH值较低，可对管道和换热器（包括壳体、管束和管箱）造成快速腐蚀；

b)加氢装置：反应产物含有HCl，在冷凝后形成盐酸腐蚀；废气系统含有氨和盐酸，对热进料/出料交换器形成氯化铵盐的垢下腐蚀；蒸馏工段可发生严重的盐酸露点腐蚀；

c)催化重整装置：催化剂中氯被置换形成盐酸，对废气系统、再生系统、稳定塔、脱丁烷塔和进料/预热交换器造成腐蚀；含盐酸蒸汽流经分馏工段，可导致盐酸露点腐蚀；

d)氯丙烯装置：盐酸吸收塔塔底进入的HCl气体吸收后成为盐酸，塔体及氯化氢气体入口及盐酸出口管易发生盐酸腐蚀。

4.1.7主要预防措施

a)常减压装置：控制原油塔进料中的氯化物，使塔顶回流罐液体中的氯化物含量不超过20ppm；改善材质适应性，可将碳钢升级为镍基合金或钛；进行注水稀释，急冷塔顶工艺物料，通过稀释降低盐酸浓度；按pH值情况在脱盐装置下游注入适量苛性碱，控制碱液温度、浓度和注入量，避免进料预热系统的碱应力腐蚀开裂和积垢；将缓蚀剂（氨、中和胺和成膜胺等）注入常压塔塔顶操作温度在露点以上的管线；

b)加氢装置：降低上游装置中氯化物盐、盐酸胺盐的夹带量；降低氢气中盐酸夹带量，可安装专用洗涤器或保护床；易发生盐酸腐蚀的部位采用耐蚀镍基合金；

c)催化重整装置：采用与上述加氢装置相同的措施；降低进料中的水和/或含氧物质，减少催化剂中氯化物脱离量；采用加装特殊吸附剂的脱氯设备；

d)氯丙烯装置：衬橡胶类非金属材料；衬环氧树脂类非金属材料；采用整体石墨塔体。

4.1.8检测方法

a)盐酸腐蚀主要对碳钢/低合金钢造成均匀减薄为主的损伤，对奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢造成点蚀为主的。前者一般表现为壁厚减薄，检测方法一般为宏观检查＋腐蚀部位壁厚测定；后者一般表现为点蚀坑/蚀孔，检测方法一般为宏观检查；

b)腐蚀发生在壁而只能从外部检测时，可用自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法查找局部减薄部位，并对减薄部位进行壁厚测定；

c)介质的pH值、氯化物含量的测定和监控；

d)设置腐蚀探针/腐蚀挂片监控实时腐蚀速率。

4.1.9相关或伴随的其他损伤模式

氯化铵腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂。

4.2 电化学腐蚀

4.2.1定义

两种相连接的材料浸入电解质液中，由于材料电极电位的不同，形成同时进行的阳极反应和阴极反应过程的腐蚀，这两种材料分别称为阳极材料和阴极材料。

4.2.2损伤机理

阳极：

M-ne→M n++ne (2)

阴极：

S k++ke→S (3)

4.2.3损伤形态

多发生在电解质液中两种材料连接处，损伤形态与材料组合、电解质流体导电性和阳极/阴极相对暴露面积等有关，阳极材料可能发生均匀腐蚀或局部腐蚀，形成蚀坑、蚀孔、沟槽或裂缝等。

4.2.4敏感材料

除贵重金属外的所有材料。

4.2.5主要影响因素

a) 介质：介质须为电解质流体，可传导电流；

b) 材料组合：两种不同的材料，均与同一个电解质流体接触，材料的电极电位差值越大，电化学腐蚀越严重；

c) 电气闭合回路：阳极材料和阴极材料之间可发生电荷移动；

d) 相对暴露面积：阳极材料在同一个电解质流体暴露面积相对阴极越小，腐蚀速率越快；

e) 表面状态：单一材料，存在表面涂层、钝化膜或结垢等情况时，其自身即可构成电化学腐蚀。

4.2.6易发装置和设备

a)电化学腐蚀可发生在任何电解质流体中存在电气连接的不同材料间；

b)使用不同材质制造的设备、设备钝化膜或涂层发生破损处、埋地管道、江河或海洋中的管道等。

4.2.7主要预防措施

a) 设计：优化设计，避免形成电化学腐蚀的材料组合，选择同一材料或电极电位相近的材料，或者采用电绝缘的方法是不同材料间不能形成电气闭合回路；

b) 相对暴露面积：增大阳极/阴极相对暴露面积，减缓阳极的腐蚀速率；

c) 涂层：为阳极材料与电解质流体接触面设置涂层或钝化膜；

d) 阴极保护：外部设置合理的保护电极。

4.2.8检测方法

a) 电化学腐蚀可能造成均匀减薄或在不同材料连接处及材料不连续处局部腐蚀，前者一般表现为壁厚减薄，检测方法为宏观检查＋腐蚀部位壁厚测定；后者一般表现为点蚀坑、蚀孔、沟槽或裂缝，检测方法为宏观检查；

b) 若腐蚀发生在壁而只能从外部检测时，可用自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法查找局部减薄部位，并对减薄部位进行壁厚测定；

c) 定期测量阴极保护装置。

4.2.9相关或伴随的其他损伤模式

土壤腐蚀。

4.3 硫酸腐蚀

4.3.1定义

金属与硫酸接触时发生的腐蚀。

4.3.2损伤机理

M+H2SO4（稀）→MSO4+H2 (4)

M+2H2SO4（浓）→MSO4+2H2O+SO2 (5)

4.3.3损伤形态

由稀硫酸引起的金属腐蚀通常表现为壁厚均匀减薄或点蚀，碳钢焊缝和热影响区易遭受腐蚀，在焊接接头部位形成沟槽。浓硫酸多在与金属接触部位形成局部腐蚀，可引起钢制容器及构件的钝化，阻止腐蚀的进行。