氢鼓包 文档

压力容器氢鼓包原因及防范措施
梁建中
山西金象煤化工有限责任公司
1、容器鼓包现象
山西金象煤化工有限责任公司是一家年产40万吨的尿素企业，2011年10月开车以来，我公司对设备、工艺方面发现的问题不断的进行优化改造。

我公司变换工段采用全低变，Co--Mo催化剂，满负荷生产时，半水煤气的气量为122000Nm3/h。

在2013年10月20日，净化车间操作工在正常巡检的过程中，发现全低变工段出口设备———冷凝水收集器有轻微的鼓出现象，并报告车间、公司，公司领导组织人员进行检查、测厚发现设备容器外壁有3处鼓出，鼓出部位的厚度大约为设计壁厚的一半。

公司领导决定停车后彻底检查，检查容器内壁后，发现了166个鼓包，鼓包的范围绝大部分在容器的液相部位，气液交界处最为集中，鼓包面的直径大概在φ=3cm~40cm之间，内壁鼓包部位测厚为δ=3mm~8mm之间，其中13个鼓包已经开裂，裂纹的深度2mm~4mm,裂纹的长度3cm~10cm。

从裂纹断口处观察，断裂为脆性断裂，断口表面经分析显示硫含量较高，裂纹内充满腐蚀产物。

外壁鼓包部位测厚为δ=10mm~12mm之间。

说明容器板材已经分层，分为两层或多层，在后来切割容器发现，果然板材已经分层。

2、容器鼓包原因分析
冷凝水收集器为全低变变换工段出口设备，设备运行参数如下：
表Ⅰ设备运行参数
规格尺寸φ2000×6547mm设备材质Q345R
筒壁设计厚度22mm封头设计厚度22mm 工作压力 2.4MPa 工作温度55℃
气体介质成分H2：47%，CO2：27.5%，N2：21%，CO：1.5%，O2：0.2%，
以及H2S：150mg/m3、H2O等
使用时长两年
设备示意图和鼓包照片如下：
通过表Ⅰ，得知介质中含有H 2S ，和水共存时，会形成湿H 2S 环境，腐蚀Q345R 钢材，生成 FeS ，腐蚀原理如下：
硫化氢发生离解：H 2S H + + HS -
HS - H + + S 2-
阳极反应：Fe Fe 2+ + 2e
Fe 2+ + HS - FeS + H +
或 Fe 2+ + S 2- FeS
阴极反应：2H + + 2e 2H H 2 ( 渗入金属内部 ) 总反应：Fe + H 2S FeS + H 2 （ 渗入金属内部 ）
硫化氢在水中离解出H +,从钢表面得到电子后，还原成氢原子。

氢原子间有较大亲和力，易结合成氢分子排出。

然而，介质中的硫化氢等，消弱了这种亲和力，部分抑制了氢分子的形成，这样，原子半径极小的氢原子很容易渗入钢的内液
位
计
气体出口
气体进口 导淋
部，并溶入晶格中。

渗入金属中的氢原子，会结合成氢分子，随着氢分子数量不断增加，其形成的内压不断增高，以至引起材质界面开裂，形成分层，并进一步形成氢鼓包，当压力足够大时，鼓包部位就会开裂。

氢原子在金属内渗透的过程中，大多会聚集到金属内有缺陷的区域，如金属夹杂、分层、晶格缺陷等处聚集形成氢分子。

这台设备鼓包就属于这种情况。

产生这种现象就是由于设备所用材质中含有过量的非金属夹杂物以及钢材的晶格缺陷。

3、容器鼓包预防措施
一方面从容器内的介质方面考虑，消除或减少硫化氢的含量，可减少钢材的腐蚀。

对于Q345R材质，H2S的浓度应控制在5×10-5以下，同时还需控制好溶液的PH值，在中性条件下，氢对钢材的渗透量最低，在酸性、碱性溶液中渗透量较高。

表Ⅱ给出了经验判断，可供参考。

表ⅡQ345R钢制容器内介质腐蚀程度mg/mg
水中H2S的含量
水的PH值
H2S＜5×10-55×10-5~5×10-3H2S＞1×10-3＜5.5 低中高
5.5~7.5 低低中
＜7.5 低中高
另一方面从容器材质方面考虑，
1、钢材内S、P的含量对氢鼓包影响最大，当S含量≤0.002%，P含量≤0.002%的条件下，实践证明发生氢鼓包的可能性大大降低，所以必须使用S、P含量低的钢材。

2、钢材的组织对H2S腐蚀的影响也很重要，对同一成分的钢材进行合适的热处理而得到适当的金相组织，可充分发挥钢材的抗H2S应力腐蚀破裂的能力，所以在制作时可对容器进行热处理，尤其对于较厚的板材焊接成的容器，这样可减少氢鼓包的产生。

3、选用钢材应使用空穴少的镇静钢或对氢渗透低的奥氏体不锈钢。

也可采用镍衬里或不锈钢衬里以及涂刷环氧沥青涂层来减少氢腐蚀。

综合以上这些因素，我公司采用了奥氏体304不锈钢材质来代替原先的Q345R材质，来防止H2S对设备的氢鼓包腐蚀，将Q345R碳钢设备更换为304不锈钢设备。

从更换设备至今，在日常检测设备的过程未发现有鼓包现象。