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在線客服 SSC試驗方法的選擇
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(chǎn)效率具有重大的理論和實際意義。
一、基本性能研究： 輸氣管道的硫化物應力腐蝕（SSC）問題
早在40年代末，美國和法國在開發(fā)含H2S酸性油氣田時，發(fā)生了大量的硫化物應力腐蝕(Sulfide Stress Corrosion Cracking，簡寫SSCC或SSC)事故，我國輸氣管道主要集中在四川省，其中H2S含量偏高，表1[1]的統(tǒng)計結果表明：SSC是輸氣管道最主要的失效形式。目前我國輸送凈化天然氣(即含H2S<20mg/m3)的輸氣干線，絕大多數(shù)采用16Mn、X56、X60等級螺旋縫埋弧焊管，輸送含H2S脫水干氣采用大口徑20號鋼無縫鋼管。由于管輸天然氣中H2S的含量偏高，最高可達400～500mg/m3，使天然氣中H2S分壓達0.0003MPa或更高，具備了發(fā)生SSC的條件。加上管材質量性能不佳，使輸氣干線破裂事故不斷。根據(jù)1993年一份報告的統(tǒng)計，到1993年底，四川石油管理局輸氣公司經(jīng)管的輸氣干線共發(fā)生78次因H2S偏高引起的SSC破裂事故。四川石油管理局川東開發(fā)公司經(jīng)管的輸氣干線，共發(fā)生28次SSC破裂事故，如:威成線(φ630×8mm,16Mn螺旋埋弧焊管)1968年9月投產(chǎn)，1971年在同一位置上，先后發(fā)生兩次SSC斷裂事故；佛納線(φ720×8mm，16Mn螺旋埋弧焊管)1978年投產(chǎn)，輸送低含H2S的天然氣，H2S的最高含量可達400～500mg/m3，天然氣中H2S分壓達到0.0003MPa或更高，1979年8月至1987年3月共發(fā)生12次SSC爆管事故，破裂均起源于螺旋焊縫，總共損失700多萬元。據(jù)測四川氣田產(chǎn)出的天然氣中有70%以上含有H2S和CO2，其中多數(shù)氣井H2S含量為1%～13%。濕H2S對鋼材有很強的腐蝕性。由此可見，在開發(fā)富含H2S酸性油氣田過程中，為防止H2S腐蝕破裂，了解有關H2S腐蝕問題，對采取經(jīng)濟、可靠的防護措施是很必要的，如擬建的出川輸氣管道工程項目，必須進行抗H2S應力腐蝕試驗。
二 實驗方法的選擇與應用
SSC試驗：依據(jù)美國腐蝕工程師協(xié)會推薦使用NACE國際測試標準，SSC測試主要采用恒負荷應力腐蝕實驗和四點彎曲法測試實驗，主要依據(jù)NACE TM0177-2005，該標準均為目前世界最新且通用標準。
2.1 方法的適用性
在硫化物腐蝕環(huán)境和靜態(tài)拉應力同時作用下產(chǎn)生的開裂稱硫化物應力腐蝕開裂(SSC)。模擬由外力或應力引起的硫化物應力腐蝕開裂的實驗，可作為壓力容器等產(chǎn)品的標準檢驗方法，同時可研究H2S對不同材料和不同工藝性能的影響。一般情況推薦使用美國腐蝕工程師協(xié)會NACE TM0177標準中的A法，即恒負荷拉伸實驗法，實驗采用飽和的H2S水溶液（質量濃度約3250mg/L），配制時應注意使用冰乙酸（冰醋酸），其積體分數(shù)為99.5%。當強調(diào)選用與實際工況條件相同的環(huán)境溶液時，可采用歐洲腐蝕協(xié)會EFC標準，這時規(guī)定碳鋼和低合金鋼H2S應力腐蝕開裂門坎值σth≥0.9σs為合格。
2.2 確定對SSC的敏感性
用在表H-9中確定的環(huán)境苛刻度以及在表H-8中得到的有關最大布氏硬度和焊件焊后熱處理的基礎數(shù)據(jù)，從表H-10中確定對SSC的敏感性。按圖1中流程來確定硫化物應力腐蝕的敏感性。
表H-8 分析硫化物應力腐蝕所需的基礎數(shù)據(jù)
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基礎數(shù)據(jù) |
說 明 |
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是否存在凝結水（是或否） |
確定設備和管線中是否有新鮮水存在。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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水中的H2S含量 |
確定水中的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。 |
|
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(jīng)驗豐富的工藝工程師來估計。 |
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是否存在氰化物（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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最大布氏硬度 |
確定設備和管線焊縫的實測最大布氏硬度。如果實際布氏硬度無法測定，則按照制造時的最大布氏硬度來確定。 |
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是否經(jīng)過PWHT（是或否） |
確定設備和管線焊縫是否經(jīng)過焊后熱處理。 |
表H-9 環(huán)境苛刻度
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水的pH值 |
水的H2S含量 |
|||
|
＜50ppm |
50～1000ppm |
1000～10000ppm |
＞10000ppm |
|
|
＜5.5 |
低 |
中 |
高 |
高 |
|
5.5-7.5 |
低 |
低 |
低 |
中 |
|
7.6-8.3 |
低 |
中 |
中 |
中 |
|
8.4-8.9 |
低 |
中 |
中 |
高 |
|
＞9.0 |
低 |
中 |
高 |
高 |
表H-10 SCC敏感度
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環(huán)境苛刻度 |
焊接時焊縫最大布氏硬度 |
PWHT后最大布氏硬度 |
||||
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＜200 |
200-237 |
＞237 |
＜200 |
200-237 |
＞237 |
|
|
高 |
低 |
中 |
高 |
無 |
低 |
中 |
|
中 |
低 |
中 |
高 |
無 |
無 |
低 |
|
低 |
低 |
低 |
中 |
無 |
無 |
無 |
2.3 樣品的制備
一般情況下，要求試樣管材取縱向，板材取橫向。在保證試樣表面積上溶液量達到(30±10)ml/cm2的基礎上，減少試樣長度可保證加工精度，提高實驗準確性。2005版NACE TM0177標準將試樣的R值由90版6.4mm修改為15mm，R增大后減少了試樣在該處引起應力集中造成的實驗失敗的幾率。
【主要備注：目前標件尺寸要求精確到0.001mm,制作難度很高】
圖2 SSC實驗標件形貌
2.4 應力值和時間的確定
實驗過程中，對于施加的應力可參考GB/T15970.1-1995標準的二元搜索法來確定臨界應力，實驗后的應力腐蝕數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計方法進行處理。不論施加應力或試樣暴露到腐蝕環(huán)境的順序如何，都以試樣暴露到腐蝕環(huán)境開始計時。確定應力與斷裂時間曲線時，需10~15支應力腐蝕試樣，實驗周期約45天，測定不同應力下的斷裂時間，試樣720h仍不發(fā)生斷裂的應力定為應力腐蝕門坎值σth。
【主要備注：實驗試樣多，時間長達720小時，設備損耗大，實驗后需更換實驗套筒】
2.5 實驗過程及主要設備
圖3 恒負荷實驗過程示意圖
圖4恒負荷應力測試儀