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在線客服 HIC氫致開裂試驗方法的選擇和應用
隨著高硫高酸原油加工量的增加，硫化氫對設備的腐蝕也愈加嚴重，已成為石化行業(yè)較為突出的問題，特別是濕H2S應力腐蝕開裂和氫致開裂，所引起的事故往往是突發(fā)的、災難性的。因此，開展H2S腐蝕的相關研究對于確保石化設備的安全運轉以及提高石化行業(yè)的生產效率具有重大的理論和實際意義。
一 基本性能研究：輸氣管線環(huán)焊接頭抗HIC性能研究
氫致裂紋(Hydrogen Induced Cracking，縮寫為HIC)，作為一種缺陷存在于管線鋼及焊縫中，其對輸氣管線使用性能的影響至今尚無全面的認識。但大量的研究表明，HIC對鋼材的常規(guī)強度指標影響不大，但對韌性指標影響較大，會使鋼材的脆性傾向增大。在四川境內含硫化氫酸性輸氣管線中，已經發(fā)現(xiàn)因HIC引起破裂的多起事故，給國家?guī)砹藝乐氐慕洕鷵p失。目前，我國對管線鋼正在做比較系統(tǒng)的抗HIC性能傾向研究，環(huán)焊縫在整條管線中占相當大的比重，但我國對其焊接頭抗HIC性能的研究還基本上處于空白。近幾年正值我國天然氣管道建設的高潮，為保證輸氣管線環(huán)焊縫質量的可靠性，開展對輸氣管線環(huán)焊接頭抗HIC性能研究是非常必要的，研究的成果直接用于工程實際，為輸油輸氣管線的施工建設可提供技術保障。
二 實驗方法的選擇與應用
2.1 裂紋的形成
氫致開裂(HIC)與SSCC的驅動力不同，HIC不需要像SSCC那樣的外力，其生成裂紋的驅動力是靠進入鋼中的氫產生的氣壓，當氫氣壓超過材料屈服強度時便產生變形開裂，裂紋間相互擴展連接形成階梯型開裂(SWC)。一般情況，H2S腐蝕環(huán)境用的管線鋼和壓力容器鋼等產品均需做HIC性能檢測。
2.2 確定對SSC的敏感性
表H-11中列出的是預測碳鋼設備和管線對HIC/SOHIC敏感性所需的數據。如果無法得知準確的工藝參數，則需請知識淵博的工藝工程師來獲得最佳的估計。如果鋼板中的硫含量不知道，則需請知識淵博的材料工程師來估計鋼的質量。
表H-11 分析HIC/SOHIC-H2S所需的基礎數據
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基礎數據 |
說 明 |
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是否有水存在（是或否） |
確定設備和管線中是否存在游離水。不僅在工作條件下，還應包括在開工、停工、操作波動等等情況下。 |
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水中是否存在H2S |
確定水相中的H2S含量。如果不能容易地得到分析結果，可以用Petrie&Moore方法（參考資料2）來估算。 |
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水的pH值 |
確定水的pH值。如果不能容易地得到分析結果，則由一個經驗豐富的工藝工程師來估計。 |
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是否有氰化物存在（是或否） |
通過樣品和（或）區(qū)域分析確定是否存在氰化物。不僅要考慮正常操作條件，還要考慮開工、停工及波動的情況等。 |
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鋼板中的硫含量 |
確定制造設備的剛板的硫含量。這可從設備的MTR文件中得到。如果沒有，可從ASME或ASME的U—1鋼材列表中查出。 |
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鋼制品的種類（板或管） |
確定設備管線是板材或是管材。大多數設備均是用鋼板卷制焊接而成的（如A285、A515、A516等等）。但是某些小直徑設備是由管件制造的。大多數的小直徑管是由鋼管和管件制造的（如A105、A234等等），但大多數的大直徑管（大于16 in的管）是由鋼板卷制焊接而成的。 |
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是否進行過PWHT（是或否） |
確定是否設備/管線的所有焊件均進行了焊后熱處理。 |
如果沒有水存在，則認為設備和管線對SCC/SOHIC沒有敏感性。如果有水存在，則用從表H-12中得出的有關水中的H2S含量和它的pH值的基礎數據再從表H-13中估計環(huán)境苛刻度（潛在的氫溶解量）。
如果有氰化物存在，在pH＞8.3和H2S濃度大于1000 ppm時SCC的敏感性將增大。
對于用鋼板焊接或卷制而成的設備和大直徑管線，用從表H-12中確定的環(huán)境苛刻度和表H-11中列出的關于鋼板中硫化物含量和焊后熱處理的基礎數據，從表H-13中確定HIC/SOHIC的敏感性。小直徑的設備和管線通常被認為HIC/SOHIC敏感性較低，除非在它沒有進行過焊后熱處理并暴露在高苛刻度環(huán)境的情況外。此情況下應認為它具有中等敏感性。圖5是確定對HIC/SOHIC敏感性的步驟流程圖。
表H-12 環(huán)境苛刻程度
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水的pH值 |
H2S濃度 |
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＜50ppm |
50-1000ppm |
1000-10000ppm |
＞10000ppm |
＜50ppm |
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＜5.5 5.5-7.5 7.6-8.3 8.4-8.9 ＞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當pH值＞8.3和H2S濃度高于1000ppm時將對SCC的敏感性增加一個等級。
表H-13 HIC/SOHIC的敏感性
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環(huán)境劣度 |
高硫鋼a S＞0.01% |
低硫鋼b S＝0.002-0.01% |
超低硫鋼c S ＜0.002 |
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焊接 |
焊后熱處理 |
焊接 |
焊后熱處理 |
焊接 |
焊后熱處理 |
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高 中 低 |
高 高 中 |
高 中 低 |
高 中 低 |
中 低 低 |
中 低 無 |
低 低 無 |
a．典型地包括20世紀80年代的早期添加了鈣的A516（HIC）鋼。
b．典型地包括A70、A201、A212、A285、A515和1990年以前的大多數A516。
C．典型地包括20世紀90年代的后期A516（HIC）鋼。
圖6 確定HIC/SOHIC的敏感性
2.3 實驗樣品和溶液
樣品長100mm，寬20mm，厚度為管壁厚度。管線鋼每個實驗管管體和焊接接頭上各取三個樣品。壓力容器鋼母材試樣按照NACETM0284-96標準截取，其焊接樣參照管線鋼焊接試樣方法截取。實驗采用NACETM0284-96或GB8650-88標準。兩標準都可以采用飽和H2S人工海水實驗溶液，要求通入H2S前實驗溶液pH值調至8.1-8.3，實驗結束pH 值為4.8-5.4時實驗有效。NACE標準還可采用標準A溶液，要求初始pH值為2.7±0.1，實驗結束pH值<4.0。
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圖7 HIC實驗標件形貌
2.4 計算方法及評定
HIC性能采用分割法，通過金相顯微鏡測量每個斷面裂紋的長度和厚度，然后用裂紋敏感率(CSR)、裂紋長度率(CLR)、裂紋厚度率(CTR)三個參數來表示。
國內西氣東輸工程用X70管線鋼評定采用ISO383-3：1999(E)標準，CSR≤2%、CLR≤15%、CTR≤5%；歐洲腐蝕協(xié)會EFC-16標準規(guī)定，CSR≤1.5%、CLR≤15%、CTR≤3%； 煉油廠家提出了更嚴格的標準：CSR≤0.5%、CLR≤5.0%、CTR≤1.5%。