氢气管线及其对阀门的要求.

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(5)爆炸危险区域内电气设备应符合防爆要求, 因需要在爆炸危险区域使用非防爆设备时应采取 隔爆措施。
(6)氢气管道应设置分析取样口、吹扫口, 其位置应能满足氢气管道内气体取样、吹 扫、置换要求;最高点应设置排放管,并 在管口处设阻火器。 (7)氢气管道、阀门及水封等出现冻结时, 作业人员应使用热水或蒸汽加热进行解冻, 且应带面罩进行操作。禁止使用明火烘烤或 使用锤子等工具敲击。
(2)碳素钢管中氢气最大流速
设计压力(MPa) >3.0
0.1~3.0 <0.1
工作压力(MPa) >1.6 0.1~1.6 <0.1 12
最大流速(m/s) 10
15 按允许压力降确定
按允许压力降确定 最大流速(m/s) 8
注:氢气工作压力为0.1~3.0MPa,在不锈钢管 中最大流速可为25m/s。
高温氢侵蚀的发生分三个阶段:
a.孕育期, 在此期间,力学性能非常缓慢地变化。 b. 力学性能快速劣化阶段,同时伴随微裂纹快速生长。 c. 最终阶段,固溶体中的碳耗尽,力学性能达到最终值。
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临氢作业用钢防止脱碳和微裂的操作极限
四、安装管道以及阀门的注意点
(1)接触氢气的表面彻底去除毛刺、焊渣、铁锈 和污垢等。 (2)碳钢管的焊接宜采用氩弧焊作底焊;不锈钢 应采用氩弧焊。
3.氢气对金属材料的影响
(1)氢鼓包
定义:氢原子扩散到金属内部(大部分通过器 壁),在另一侧结合为氢分子逸出。如果氢原子扩 散到钢内空穴,并在该处结合成氢分子,由于氢分 子不能扩散,就会积累形成巨大内压,引起钢材表 面鼓包甚至破裂的现象称为氢鼓包。低强钢,尤其 是含大量非金属夹杂物的钢,最容易发生氢鼓包。
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内部脱碳和微裂:
内部脱碳和微裂是由氢向钢中渗透并反应生成其他气 体,如甲烷而造成的。所生成的甲烷不能自钢中逸出,而 通常聚集在晶界空穴处,产生高的局部应力,最终导致钢 材的微裂、裂缝或鼓泡。氢损伤钢材的微裂将导致力学性 能的明显劣化。
C-0.5Mo钢(ASTM A204-A)在高温氢环境中发生的内部脱碳和微裂
谢 谢!
3.采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层
一般认为,在电镀Zn、Cd、Sn、Pb时,渗入钢件的氢 容易残留下来,而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金属镀层具有 低氢扩散性和低氢溶解度,渗氢较少。
4.镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患等
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(3)氢蚀
定义:在高温高压环境下,氢进入金属内与一种组 分或元素产生化学反应使金属破坏,称为氢蚀。
预防措施:选用抗氢钢。可选用16MnR(HIC)、 15CrMoR(相当于1Cr-0.5Mo)、14Cr1MoR(相当于 1.25Cr-0.5Mo)、2Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr1Mo-0.25V、3Cr-1Mo-0.25V等。抗氢钢中的Cr和Mo能 形成稳定的碳化物,这样就减少了氢与碳结合的机会, 避免了甲烷气体的产生。
(3)管道的试验介质与试验压力
强度试验 气密性试验 泄漏量试验 管道工 作压力 试验介 试验压力 试验介 试验压 试验 试验 力 压力 (MPa) 质 (MPa) 质 介质 (MPa) 强度试验 气密性试验 (MPa) 泄漏量试验 < 0.1 空气或 0.1~ 氮气 3.0 > 3.0 水
管道工作 压力(MPa) 试验介质 试验压力 试验介质 试验压力 试验介质 试验压力 (MPa) (MPa) (MPa) < 0.1 0.1 1.05P 1.0P 空气或氮 空气或氮 空气或氮 气 0.1~3.0 1.15P 1.05P 1.0P 气 气 > 3.0 水 1.5P 1.05P 1.0P
氢气之爆炸范围
4 18 59 74.2
空气中 4.7 15 90 93.9
氧气中
0
20
40
60 80 100 空气、氧气中混入氢气的体积占总体积之比%
最强烈的爆炸范围
(2)还原性
氢气具有很强的还原性。利用其还原 性,氢气被广泛的应用于钢铁企业不锈钢 冷轧和碳钢冷轧卷板退火时的保护气体。 氢气不但对带钢具有防氧化的作用,而且 对带钢上的铁锈具有还原作用,这样就实 现了带钢的光亮退火 。
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高温高压条件下,临氢环境中对材料低合金 钢的讨论如下:
在高温下,氢分子分解为原子形式,它能够 容易地进入到钢材中,并进行扩散。在这些条件 下,氢在钢中的扩散是很迅速的,氢可以与钢中 的碳发生反应,引起表面脱碳和内部脱碳以及微 裂。 表面脱碳 高温氢腐蚀形式 内部脱碳和微裂纹
{
表面脱碳:
表面脱碳并不产生裂纹。表面脱碳的通常影响是 强度和硬度有轻微的降低,但延性增加。由于影响通 常较轻微,所以对其关注比对内部脱碳少的多。
表面脱碳的理论解释:是基于碳迁移到表面,并在 表面形成碳的气体化合物,使钢出现贫碳(形成的气 体化合物为CH4或存在含氧气体时形成CO)。蒸汽会加 速这种反应,溶解碳向表面扩散,速率控制机理认为 是碳的扩散。由于碳化物不断析出溶解碳,所以碳化 物的稳定性直接关系到表面脱碳的速度。
2.管线的材质以及流速
(1)氢气管线材质的选择
按照国家氢气站设计标准规定,氢气管道的管 材应采用无缝钢管。如对氢气纯度有严格要求时, 选用的材料有所不同: ①气体纯度大于或等于99.999%,应采用内壁电抛 光的低碳不锈钢管(316L)或内壁电抛光的不锈钢管 (304)。 ②气体纯度大于或等于99.99%,应采用内壁电抛光 的不锈钢管(304),或者无缝钢管。 ③气体纯度小于99.99%,选用无缝钢管。
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其实氢腐蚀从理论上分成以上三种,而实际中 三种腐蚀几乎同时存在。所以遇到氢腐蚀环境(临 氢环境)的设备一般按纳尔逊曲线进行选材,并要 引起高度重视 。
常用的抗氢材料有奥氏体不锈钢、沉淀强化奥 氏体合金、低合金钢、铝合金及铜合金等。
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二.氢气设备及其管道
1.设备、管线的安全要求
高温高压条件对材质的要求
高温高压条件下,针对管线、阀门的材质用到最 多的是奥氏体不锈钢等低碳不锈钢、低合金钢(Mo 钢、Cr-Mo钢)。 奥氏体不锈钢等低碳不锈钢在不同的工艺温度 以及氢分压下具有通用性,低合金钢只能根据不同 的环境条件(温度、氢分压)确定具体的型号,在 保证生产稳定进行下选用低合金钢的牌号方面,国 内外已经有了足够的经验。 除此之外,从经济以及应力方面考虑,低碳不 锈钢价格过高,同时易诱发应力开裂,因此选用材 质还是以低合金钢为主(诸如:炼油厂、石化厂、 合成氨厂等)。
氢气管线及其阀门的要求
目 目 录 录
一、氢气的性质及其对材料的影响 二、氢气设备及其管道 三、氢气管路中的阀门 四、安装管道以及阀门的注意点
一.氢气的性质以及对材料的影响
1.氢气的物理性质
氢气(H2)是一种易燃易爆的 气体(属于危险化学品)。在标准状态 下(一个标准大气压/760mm Hg),氢气 是一种无色,无味、无毒的气体,无腐蚀 性,但有很强的渗透性,常温下可透过 橡皮和乳胶管。氢气的密度为0.09kg/m3, 比空气轻。氢气微溶于水、乙醇和乙醚 。
2.氢气的化学性质
(1) 可燃性
氢气极易燃烧,纯净的氢气在空气里安静 地燃烧,产生淡蓝色的火焰,放出热量。由于 氢气无色无味,燃烧时火焰是透明的,因此其 存在不易被感官发现。氢气、氧气混合燃烧火 焰温度为2100-2500℃,其中氢气在空气中的爆 炸极限为4.2%-74%,在氧气中的爆炸极限为 5.0%-94.3%。 氢气和氟、氯、一氧化碳混合均有爆炸的危 险,其中,氢与氟的混合物在低温和黑暗环境 就能发生自发性爆炸,与氯的混合比为1:1时, 在光照下也可爆炸。
产生氢鼓包的腐蚀环境:介质中通常含有硫化氢、 或者砷化合物、或者氰化物、或者含磷离子等毒素,这 些介质阻止了放氢反应。 预防措施:消除工况中的毒素介质;如果不能消 除,选用空穴少的镇静钢;也可采用对氢渗透低的奥 氏体不锈钢;或者采用镍衬里、塑料保护层、玻璃钢 衬里等;有时加入缓蚀剂。
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(2)氢脆
定义:氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子, 造成应力集中,超过钢的强度极限,使得金属 晶格高度变形,在钢内部形成细小的裂纹,又 称白点。氢脆只可防,不可治。氢脆一经产生, 就消除不了。
氢脆现象
避免和消除的措施:
1.选用对氢脆不敏感的材料,如选用含Ni、Mo的合 金钢。 2.减少金属中渗氢的数量。若采用酸洗,需要在酸洗 液中添加缓蚀剂;在除油时,采用化学除油、清洗剂 或溶剂除油;在电镀时,碱性镀液或高电流的镀液渗 氢量都较少。
微裂 未转变珠光体 脱碳区
铁素体
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高温氢腐蚀的影响因素:
包括:钢材的孕育期、一次应力的影响、二次 应力的影响、热处理的作用、复合层和堆焊层的 影响等。
钢材的孕育期: 高温高压氢对钢造成损伤之前,在一段时间内用 普通的力学试验方法检验不出机械性能有明显变化。 经过这段时间以后,材料产生损伤而导致强度和延性 下降。在能够用普通力学试验方法测出氢侵蚀以前的 这段时间称之为孕育期。
(3)氢气管道的连接应采用焊接或其他有效防止 氢气泄漏的连接方式。管道之间不宜采用螺纹密 封连接,氢气管道与附件连接的密封垫,应采用 不锈钢、有色金属、聚四氟乙烯或氟橡胶材料, 禁止用生料带或其他绝缘材料作为连接密封手段。
(4)氢气管道、阀门、管件等在安装过程中及 安装后采用严格措施防止焊渣、铁锈及可燃物 等进入或遗留在管内。 (5)氢气管道强度试验合格后,使用不含油的 空气或惰性气体,以不小于20 m/s的流速进行 吹扫,直至出口无铁锈、无尘土及其他污垢为 合格。
(1)氢气站或者供氢设备的安全设置应包括: ①应设有安全泄压装置,如安全阀等;②氢气 罐顶部最高点,应设氢气放空管;③应设压力 测试仪表;④应设氮气吹扫置换接口。 (2)氢气设备应严防泄漏,所用的仪表及阀 门等零部件密封应确保良好,定期检查,对设 备发生氢气泄漏的部位应及时处理。
(3)在氢气管道与其相连的装置、设备之间应 安装止回阀,界区间阀门宜设置有效隔离措施, 防止来自装置、设备的外部火焰回火至氢气系统。 氢气作焊接、切割、燃料和保护气等使用时,每 台(组)用氢设备的支管上应设阻火器。 (4)对氢气设备、管道和阀门等连接点进行漏 气检查时,应使用中性肥皂水或携带式可燃气体 检测报警仪,禁止使用明火进行漏气检查。
0.1
1.05P
1.0P百度文库
1.15P 1.5P
空气 空气或 1.05P 或氮 1.0P 氮气 气 1.05P 1.0P
三、氢气管路中的阀门
(1)阀门的选择
根据国家氢气设计规范GB50177-2005对氢气 管线中阀门应采用的规定:阀门宜采用球阀、截 止阀。
工作压力 (MPa) <0.1 0.1~2.5 >2.5 阀体采用球墨铸铁或铸钢 密封面采用合金钢或与阀体一致 阀杆采用碳钢 阀体采用铸钢 密封面采用合金钢或与阀体一致 阀体、阀杆、密封面均采用不锈钢 材料
简单理解就是:质变之前的量变阶段
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孕育期的长短是很关键的,因为它决定发生高温 氢侵蚀条件下钢材的有效寿命。
孕育期中,甲烷在亚显微空穴内形成压力。由于内部甲烷压 力和施加的应力这些空穴慢慢增大。当空穴达到临界尺寸时,对 力学性能方面的影响就显露出来。 孕育期取决于多种因素,包括钢材的类型、冷加工的程度、 杂质元素的含量、加工应力、氢气压力和温度等等。
(2)阀门材质的规定如下:
设计压力 (MPa) 材料
阀体采用球墨铸铁或铸钢 <0.1 密封面采用合金钢或与阀体一致 阀杆采用碳钢 0.1~2.5 阀体采用铸钢 密封面采用合金钢或与阀体一致 >2.5 阀体、阀杆、密封面均采用不锈钢
注:①当密封面与阀体直接连接时,密封面材料可以与阀 体一致。 ②阀门的密封填料,应采用石墨处理过的石棉或聚四 氟乙烯材料。
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