承压设备损伤模式识别

中国特种设备检测研究院承压设备损伤模式识别中国特种设备检测研究院目录1引言2腐蚀减薄3环境开裂4材质劣化5机械损伤6其它损伤中国特种设备检测研究院报告内容1引言2腐蚀减薄3环境开裂4材质劣化5机械损伤6其它损伤承压设备损伤模式识别中国特种设备检测研究院报告内容1引言2腐蚀减薄3环境开裂4材质劣化5机械损伤6其它损伤承压设备损伤模式识别中国特种设备检测研究院二、腐蚀减薄2.1盐酸腐蚀2.2硫酸腐蚀2.3氢氟酸腐蚀2.4磷酸腐蚀2.5二氧化碳腐蚀2.6环烷酸腐蚀2.7苯酚腐蚀2.8有机酸腐蚀2.9高温氧化腐蚀2.10大气腐蚀（无绝热层）2.11大气腐蚀（有绝热层）2.12冷却水腐蚀2.13土壤腐蚀2.14微生物腐蚀2.15锅炉冷凝水腐蚀2.16碱腐蚀2.17燃灰腐蚀2.18烟气露点腐蚀2.19氯化铵腐蚀2.20胺腐蚀2.21高温硫化物腐蚀(无氢气环境)2.22高温硫化物腐蚀(氢气环境)2.23硫氢化铵腐蚀(碱性酸性水)2.24酸性水腐蚀(酸性酸性水)2.25甲铵腐蚀中国特种设备检测研究院2.1盐酸腐蚀损伤描述及损伤机理金属与盐酸接触时发生的全面/局部腐蚀。Fe+2HCl→FeCl2+H2•注：本标准中所有化学式中的金属一般以Fe作为代表给出。损伤形态碳钢和低合金钢：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：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。敏感材料碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢。中国特种设备检测研究院2.1盐酸腐蚀主要影响因素a.盐酸浓度：腐蚀速率随着盐酸浓度的升高而增大。沉积的氯化物下可形成局部的氯化氢水溶液，水溶液的pH值低于4.5；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钛及钛合金、镍及镍合金；d.氧化剂：氧化剂(氧气、铁离子和铜离子)会加速镍基合金的腐蚀。钛在氧化性氛围中优良，但在干HCl环境中快速腐蚀。中国特种设备检测研究院2.1盐酸腐蚀易发生的装置或设备a.常减压装置：常压塔塔顶系统；b.加氢装置：反应产物；废气系统；c.催化重整装置：废气系统、再生系统、稳定塔、脱丁烷塔和进料/预热交换器；分馏工段的盐酸露点腐蚀；d.氯丙烯装置：盐酸吸收塔；e.聚丙烯（聚乙烯）装置：催化剂含氯的合成工艺。中国特种设备检测研究院2.1盐酸腐蚀主要预防措施a.常减压装置：控制常压塔进料中的氯化物，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，稀释初凝区的酸液，提高初凝区的pH值，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；降低氢气中氯化氢夹带量，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：内衬橡胶类非金属材料；内衬环氧树脂类非金属材料；采用整体石墨塔体。中国特种设备检测研究院2.1盐酸腐蚀检测/监测方法a.均匀减薄：宏观检查和腐蚀部位壁厚测定；点蚀点蚀坑/蚀孔：宏观检查；b.内腐蚀外检：自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描——减薄部位——壁厚测定；c.介质的pH值、氯化物含量的测定和监控；d.腐蚀探针/腐蚀挂片：监控实时腐蚀速率。相关或伴随的其它损伤模式氯化铵腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂。腐蚀减薄中国特种设备检测研究院2.2硫酸腐蚀损伤描述及损伤机理金属与硫酸接触时发生的腐蚀。Fe+H2SO4（稀）→FeSO4+H2损伤形态稀硫酸通常造成均匀减薄或点蚀，碳钢的焊缝和热影响区易遭受腐蚀形成沟槽。浓硫酸多形成局部腐蚀，但可引起钢及铝制品钝化，阻止腐蚀的进行。敏感材料碳钢、合金钢、奥氏体不锈钢、高硅铸铁、高镍铸铁、镍基合金。中国特种设备检测研究院2.2硫酸腐蚀主要影响因素a.酸浓度：酸浓度低于65%（质量比），则碳钢腐蚀速率较大；b.流速：流速超过0.6米/秒，碳钢腐蚀速率较大；c.温度：浓硫酸与水混合时产生热量，混合点温度升高，腐蚀速率较大；d.合金含量：碳钢、奥氏体不锈钢、高硅铸铁、高镍铸铁、镍基合金（耐蚀能力从低到高）；e.腐蚀杂质：氧化剂加快腐蚀。中国特种设备检测研究院2.2硫酸腐蚀易发生的装置或设备a.硫酸烷基化装置：反应器废气管线、再沸器、脱异丁烷塔塔顶系统和苛性碱处理单元；b.废水处理装置：分馏塔和再沸器的底部硫酸蓄积，腐蚀性较强。中国特种设备检测研究院2.2硫酸腐蚀主要预防措施a.使用奥氏体不锈钢和镍基合金等材料时，可在表面形成一层保护性硫酸铁膜，抵抗稀硫酸腐蚀；b.根据硫酸的实际浓度、流速和温度等选择对应等级的材质；c.利用浓硫酸的钝化作用，用钢制储罐储运浓硫酸；d.注入适量苛性碱中和酸值。中国特种设备检测研究院2.2硫酸腐蚀检测/监测方法a.宏观检查和腐蚀部位壁厚测定；b.内腐蚀外检：自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法——减薄部位——壁厚测定；c.测定和监控介质的pH值；d.腐蚀探针/腐蚀挂片：监控实时腐蚀速率。相关或伴随的其它损伤模式•无。腐蚀减薄中国特种设备检测研究院2.6环烷酸腐蚀损伤描述及损伤机理•在177～427℃温度范围内，环烷酸对金属材料的腐蚀。2RCOOH＋Fe→Fe(RCOO)2＋H2损伤形态a.高流速区可形成局部腐蚀，如孔蚀、带锐缘的沟槽；b.低流速凝结区，碳钢、低合金钢和铁素体不锈钢的腐蚀表现为均匀腐蚀或孔蚀。敏感材料碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、镍基合金。中国特种设备检测研究院2.6环烷酸腐蚀主要影响因素•酸值：腐蚀速率随烃相酸值的增加而增大，烃相指不含游离水的热干烃，酸值通常用中和值或总酸值表征。原油中不同环烷酸其腐蚀性不一，腐蚀速率与总酸值的关系不能完全对应，是由实际介质成分决定的；•温度：通常发生在温度范围为218～400℃的烃相介质中，随着温度的升高腐蚀加剧，超过这个温度范围偶见腐蚀发生；•硫含量：烃相中的硫可反应生成硫化亚铁保护膜，对环烷酸腐蚀有减缓作用，硫含量越低，对环烷酸腐蚀越有利；•流速：流速越高，腐蚀速率越大；•相态：两相流（气相和液相）、湍流区、蒸馏塔的气相露点部位腐蚀严重；•材料：合金中Mo元素可以提高耐蚀性，Mo含量下限为2%（质量比），具体Mo含量可根据原油及物料中的总酸值确定。中国特种设备检测研究院2.6环烷酸腐蚀易发生的装置或设备a.常减压装置加热炉炉管、常压和减压转油线、减底油管线、常压瓦斯油循环系统，减压渣油和减压瓦斯油循环系统。以一次加工为高酸原油的减压渣油为原料的延迟焦化装置轻油系统和蜡油系统中可能发生环烷酸腐蚀；b.管道高流速、湍流、流向改变的部位，如阀门、弯头、三通、减压器位置，以及泵内构件、设备和管道焊缝、热偶套管等流场受到扰动的部位；c.常压塔、减压塔内构件在闪蒸区、填料和高酸物流凝结或高速液滴冲击的部位易发生腐蚀；d.常减压装置的下游装置内注氢点之前热烃物料系统。中国特种设备检测研究院2.6环烷酸腐蚀主要预防措施a.掺炼：原设计不耐环烷酸腐蚀的装置或系统部件，原料油混合掺炼，降低酸值或适当提高硫含量；b.选材：使用Mo含量高的合金来提高耐蚀性，严重腐蚀时宜采用022Cr19Ni13Mo3奥氏体不锈钢；c.缓蚀剂：选用合适的缓蚀剂。中国特种设备检测研究院2.6环烷酸腐蚀检测/监测方法a.监测工艺条件：原油和侧线物流中的酸值监测，确定酸在不同馏分中的分布；b.测厚：采用宏观检查＋超声波测厚，检测壁厚变化；c.射线检测：射线检测可有效检出局部腐蚀区域；d.探针或挂片：设置电阻腐蚀探针和腐蚀挂片；e.腐蚀产物监测：检测物流中的Fe和Ni含量来评估系统的腐蚀程度；f.氢通量监测：使用氢探针监测氢通量。相关或伴随的其它损伤模式•高温硫化物腐蚀（无氢气环境）。腐蚀减薄中国特种设备检测研究院2.8有机酸腐蚀损伤描述及损伤机理金属与低分子有机酸（如甲酸、乙酸、乙二酸等，不含本标准中单独列明的环烷酸等其他有机酸）接触时发生的全面腐蚀/局部腐蚀。以甲酸为例，腐蚀过程为：Fe+2HCOOH→Fe(HCOO)2+H2损伤形态碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢发生甲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。敏感材料碳钢、低合金钢。中国特种设备检测研究院2.8有机酸腐蚀主要影响因素a.酸类型：甲酸和乙酸的腐蚀性最强，均可溶于烃中并在接触水份时被水萃取，可形成局部高浓度酸液；b.浓度或pH值：腐蚀速率一般随着酸浓度的升高（即pH值降低）而增大，而对于甲酸来说浓度在50%（质量比）左右时腐蚀性最强，浓度降低或浓度升高腐蚀减缓；c.温度：腐蚀速率随着温度的升高而增大；d.合金成分：碳钢耐蚀性最差，其次为低合金钢，次之奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢，钛（含钛合金）和镍（含镍合金）对有机酸具有较好的抗腐蚀能力。中国特种设备检测研究院2.8有机酸腐蚀易发生的装置或设备有机酸腐蚀一般由环烷酸分解或工艺添加剂加入的有机酸引发，比如常加压装置蒸馏塔的塔顶系统。对于某特定的有机酸来说，腐蚀一般多发生在直接输送该有机酸的物料系统，或输送可能生成该有机酸的其他物料系统中。比如甲酸腐蚀易发生的装置或设备如下：a.甲醇装置：甲醇合成塔后含甲酸的物料系统，b.二甲醚装置：甲醇原料系统，尤其是温度较高的部位；c.其他输送或储存甲醇、甲醛或甲酸的设备及管道系统，温度越高的部位腐蚀越明显。乙酸装置易发生的装置或设备如下：a.醋酸装置：醋酸合成系统、分离系统，尤其是温度较高的部位，以及醋酸储运系统；b.乙酸乙酯装置：反应系统和醋酸回收系统，尤其是温度较高的部位；c.氯乙酸装置：反应系统和醋酸回收系统；d.精对苯二甲酸装置：乙酸回收系统；e.其他输送或储存乙醇、乙醛或乙酸的设备及管道系统，温度越高的部位腐蚀越明显。乙二酸装置易发生的装置或设备如下：a.乙二醇装置：乙二醇储运系统；b.草酸装置：反应系统和草酸分离系统；c.其他输送或储存乙二醇、乙二酸的设备及管道系统。中国特种设备检测研究院2.8有机酸腐蚀主要预防措施a.选材：采用含钼奥氏体不锈钢、镍基合金或钛，也可采用衬四氟乙烯的复合钢材，或者设置陶瓷衬里等；b.加中和剂：降低介质中有机酸含量，但中和剂添加需要适量，避免引起其它损伤；c.工艺优化：输送醛、醇、醚等有机物的设备和管道应避免因系统密封问题混入空气造成有机酸浓度升高。中国特种设备检测研究院2.8有机酸腐蚀检测/监测方法a.检测方法一般为宏观检查和腐蚀部位壁厚测定；b.内腐蚀外检：自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法——减薄部位——壁厚测定；c.介质的pH值测定和监控；d.腐蚀探针/腐蚀挂片：监控实时腐蚀速率。相关或伴随的其它损伤模式湿硫化氢破坏。腐蚀减薄中国特种设备检测研究院2.11大气腐蚀（有绝热层）损伤描述及损伤机理敷设保温层等覆盖层的金属在覆盖层下发生的腐蚀，又称层下腐蚀。a.在高温下，氧气和金属反应生成氧化物膜；b.通常发生在加热炉和锅炉燃烧的含氧环境中。损伤形态a.碳钢和低合金钢：覆盖层下局部减薄；b.奥氏体不锈钢：覆盖层下金属表面应力腐蚀、点蚀；c.铝、镁和钛：氧化膜，并失去表面金属光泽；d.铜在遭受层下腐蚀时易在金属表面生成绿色腐蚀产物。敏感材料碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢中国特种设备检测研究院2.11大气腐蚀（有绝热层）主要影响因素a.大气成分：含有氯离子的海洋大气和含有强烈污染的潮湿工业大气易导致严重层下腐蚀；b.覆盖层防护质量：如果覆盖层防护不严密，覆盖层的间隙处或破损处容易容易渗水，水的来源比较广泛，可能来自雨水的泄漏和浓缩、冷却水塔的喷淋、蒸汽伴热管泄漏冷凝等。渗水可导致碳钢和低合金钢的腐蚀，如果渗水中含有氯离子并浓缩聚集，也可导致奥氏体不锈钢