設備管理_設備防腐培訓課件

腐蝕培訓 內(nèi)容提要腐蝕的定義及分類腐蝕介質(zhì)來源加氫聯(lián)合車間裝置腐蝕部位及類型腐蝕控制的措施 一 腐蝕的定義及分類 定義 腐蝕是指材料與其所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料變質(zhì) 破壞和性能惡化的現(xiàn)象 金屬腐蝕是指金屬在周圍介質(zhì)作用下 由于化學變化 電化學變化或物理溶解而產(chǎn)生的破壞 腐蝕定義明確指出 金屬要發(fā)生腐蝕必須有外部介質(zhì)的作用 且這種作用是發(fā)生在金屬與介質(zhì)的相界上 因此 金屬腐蝕是包括材料和環(huán)境介質(zhì)兩者在內(nèi)的一個具有反應作用的體系 腐蝕分類a 按腐蝕機理分類 化學腐蝕 電化學腐蝕 物理腐蝕b 按腐蝕破壞形式分類 均勻腐蝕 局部腐蝕c 按腐蝕環(huán)境 介質(zhì)分類 高溫腐蝕 濕腐蝕 沉淀腐蝕 堿腐蝕 酸腐蝕 環(huán)烷酸腐蝕 氫腐蝕 硫化氫腐蝕 連多硫酸腐蝕 硫化氫 氯化氫 水型腐蝕 硫化氫 氫型腐蝕 硫化氫 氧化物 水型腐蝕等 化學腐蝕 金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞 其反應歷程的特點是 氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物 化學腐蝕過程中沒有電流產(chǎn)生 如金屬在高溫時氧化引起的腐蝕等 煉油廠比較少見 電化學腐蝕 金屬表面與離子導電的電介質(zhì)發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生的破壞 腐蝕過程中伴有電流產(chǎn)生 如同一個短路原電池的工作 這類腐蝕是最普遍 最常見又是比較嚴重的一類腐蝕 如金屬在酸 堿 鹽等介質(zhì)存在的環(huán)境中所發(fā)生的腐蝕皆屬此類 另外 電化學作用既可單獨造成腐蝕 也可與機械作用等共同導致金屬產(chǎn)生各種特殊腐蝕 應力腐蝕破裂 腐蝕疲勞 磨損腐蝕等 物理腐蝕 金屬由于單純的物理作用所引起的破壞 許多金屬在高溫熔鹽 熔堿及液態(tài)金屬中可以發(fā)生此類腐蝕 如盛放熔融鋅的鋼容器 鐵被液態(tài)鋅所溶解而腐蝕 均勻腐蝕 是指腐蝕分布在整個金屬表面上 它可以是均勻的 也可以是不均勻的 這類腐蝕的危險性相對較小 當全面腐蝕不太嚴重時 只要在設計時增加腐蝕裕度就能夠使設備達到應有的使用壽命而不被腐蝕損壞 局部腐蝕 是指腐蝕主要集中在金屬表面某一區(qū)域 而表面的其他部分則幾乎未被破壞 局部腐蝕類型很多 如點蝕 縫隙腐蝕 電偶腐蝕 晶間腐蝕 應力腐蝕 氫致開裂 氫損傷 磨損腐蝕等 這類腐蝕往往是在沒有先兆下發(fā)生的 目前對其預測和控制都很困難 因此 這類腐蝕是造成設備失效的主要原因 后面我們就主要針對局部腐蝕進行介紹 在介紹裝置易腐蝕部位時則主要按環(huán)境腐蝕 介質(zhì)分類進行 點蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕 點蝕有大有小 一般情況下 點蝕的深度要比其直徑大的多 點蝕經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護膜的金屬上 在石油化工的腐蝕失效類型統(tǒng)計中 點蝕約占20 25 點蝕機理 活性陰離子Cl Br I使鈍化膜破壞 Cl離子進入 HCl形成等 PH值降低 溫度升高都會增加點蝕的傾向 點蝕會使晶間腐蝕 應力腐蝕和腐蝕疲勞等加劇 在很多情況下點蝕是這些類型腐蝕的起源 碳鋼的點蝕現(xiàn)象 縫隙腐蝕是一種特殊的點蝕現(xiàn)象 縫隙腐蝕常發(fā)生在設備中法蘭的連接處 墊圈 襯板 纏繞與金屬重疊處 機理是內(nèi)外金屬離子濃度差形成濃差電池 電偶腐蝕 兩種不同電位金屬電極構(gòu)成的宏觀原電池的腐蝕電位低的成為陽極 腐蝕加劇 電位高的為陰極 腐蝕減輕 在油罐 埋地輸油管線 反應器等處存在電偶腐蝕 可以采用采用陰極保護 用涂料 墊片等使金屬間絕緣等方式進行控制 油罐底部的陽極保護塊 墊片陽極保護塊 晶間腐蝕 金屬材料 奧氏體和鐵素體不銹鋼 在特定的腐蝕介質(zhì)中 沿著材料的晶粒間界受到腐蝕 使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象 受這種腐蝕的設備或零件 有時從外表看仍是完好光亮 但由于晶粒之間的結(jié)合力被破壞 材料幾乎喪失了強度 嚴重者會失去金屬聲音 輕輕敲擊便成為粉末 據(jù)統(tǒng)計 在石油化工設備腐蝕失效事故中 晶間腐蝕約占4 9 1Cr18Ni9晶間腐蝕 應力腐蝕破裂 材料在應力和腐蝕介質(zhì)共同作用下的破裂 三個必要條件 應力 一般指拉應力 腐蝕介質(zhì) 敏感的材料 導致應力腐蝕開裂的應力可以來自工作應力 也可以來自制造過程中產(chǎn)生的殘余應力 應力腐蝕開裂在石油化工腐蝕失效類型中所占比例最高 可達50 氫致開裂 氫致應力開裂 氫致環(huán)境脆化 氫致拉伸延性喪失三種形式 是金屬材料特別是鈦材一旦吸氫 就會析出脆性氫化物 使機械強度劣化 機理 在電化學腐蝕過程中產(chǎn)生的氫原子進入鋼中 并在鋼的內(nèi)部缺陷部位 主要是非金屬夾雜物與金屬基體的界面 聚集成氫分子 使局部壓力升高到104MPa 在腐蝕介質(zhì)中 金屬因腐蝕反應析出的氫及制造過程中吸收的氫 是金屬中氫的主要來源 有活性陰離子共存時的影響 Cl 最嚴重 PH相同 Cl Br I F ClO3 OH SO42 易發(fā)生部位 汽油穩(wěn)定蒸餾塔頂冷凝器 加氫脫硫裝置中的成品冷卻器 汽提塔塔頂冷凝器 氫損傷包括氫鼓泡 氫脆 表面脫碳 氫腐蝕 氫剝離五種類型 氫鼓泡 氫原子滲入鋼中 在金屬的錯位處或缺陷位置處聚合形成氫分子 因體積膨脹 從而使鋼材產(chǎn)生鼓泡 氫脆 由于氫殘留在材料中而引起脆化的現(xiàn)象 氫原子對材料的侵入 使材料晶體間的結(jié)合力減弱 或以分子狀在晶界出或雜質(zhì)周邊析出 形成脆化 表面脫碳 鋼材與氫接觸后可產(chǎn)生表面脫碳 表面脫碳不會產(chǎn)生裂紋 但材料的強度及硬度稍有下降 而延伸率增加 氫腐蝕 高溫高壓下鋼中氫與碳及Fe3C生成甲烷造成材料內(nèi)裂紋或鼓泡使鋼機械性能變壞 氫剝離 氫在高溫高壓下擴散進入鋼中 當設備檢修或冷卻過程中 溫度降低至150 以下時 由于氫氣來不及向外釋放 在一定條件下就會產(chǎn)生堆焊層與母材的開裂現(xiàn)象 生產(chǎn)中特別是停工過程中必須注意嚴格控制降溫降壓速率 降溫 20 25 h 降壓 1 0 1 5MPa h 防治氫脆 氫鼓泡 氫致開裂 磨損腐蝕 流動的腐蝕介質(zhì)對金屬表面即發(fā)生腐蝕作用 又存在機械沖刷的條件下導致的金屬破壞 主要原因是鈍化膜的破損 高速 湍流 氣泡及固體粒子加速磨損腐蝕 低溫煙氣的露點腐蝕 主要發(fā)生在加熱爐 鍋爐空氣預熱器的低溫部位 加熱爐 鍋爐用的燃料中含有硫化物 硫燃燒后全部生成SO2 由于燃燒室中由過量的氧氣存在 所以又有少量的SO2進一步再與氧化合形成SO3 在通常的過剩空氣系數(shù)條件下 全部SO2中約有1 3 轉(zhuǎn)化成SO3 在高溫煙氣中的SO3不腐蝕金屬 但當煙氣溫度降到400 以下 將與水蒸氣化合生成稀硫酸 煙氣的溫度繼續(xù)下降 當降至150 170 時 已達到硫酸的結(jié)露溫度 這時稀硫酸就會凝結(jié)到加熱爐的受熱面上從而發(fā)生低溫硫酸腐蝕 由于這種腐蝕發(fā)生在硫酸的結(jié)露溫度以下 所以又稱作露點腐蝕 高溫腐蝕 當煉油設備壁溫高于250 且又處于H2S環(huán)境下時 就會受到H2S腐蝕 近年來原油的硫含量有逐步增大的趨勢 這類腐蝕表現(xiàn)為設備表面減薄 屬均勻腐蝕 在220 以下時 環(huán)烷酸的腐蝕并不劇烈 但隨溫度升高有逐步增大的趨勢 在280 以上時 溫度每升高55 環(huán)烷酸對碳鋼和低合金鋼的腐蝕速度就增加三倍 直到385 時為止 H2S H2和大于200 以上條件 氫滲入金屬表面FeS保護膜 使其而失去保護作用 FeS保護膜反復剝離 生成 加快腐蝕 減壓塔填料高溫環(huán)烷酸腐蝕 二 腐蝕介質(zhì)來源 原油 氯化鹽 硫化物 有機酸 氧 氮化物 有機氯化物 重金屬等 運輸和生產(chǎn)中加入的助劑 氯化物 酸 堿 氫氰酸 糠醛 胺等 煉制過程生成的 硫化氫 二氧化碳 氰化物 氫 鹽酸 氨 氯化氨 有機酸 連多硫酸 二硫化物 酚等 這些腐蝕介質(zhì)在工藝環(huán)境下腐蝕金屬材料歸屬不同的腐蝕機理 硫化物 能與鋼起反應的叫活性硫 主要是以下五種 非活性硫主要是噻吩 大都存在于渣油餾分中 不同溫度下各種硫化物的腐蝕性不同 二硫化物腐蝕最強 當 500 不是硫化物腐蝕范圍 為高溫氧化腐蝕 硫分布 汽油餾分 硫醇為主 煤油和柴油餾分 硫醚為主 峰值在120 250 之間 硫醇含量少重質(zhì)餾分油和渣油 噻吩及其衍生物 元素硫 硫化氫和二硫化物在石油中的含量比較少 主要分布在250 以下的餾分中 活性硫化物在 350 餾分中數(shù)量不多 腐蝕很嚴重 在原油加工過程中 硫腐蝕不是孤立存在的 硫和無機鹽 環(huán)烷酸 氮化物 水 氫 氨等其他腐蝕介質(zhì)共同作用 形成多種腐蝕環(huán)境 腐蝕類型包括低溫濕硫化氫腐蝕 高溫硫腐蝕 連多硫酸腐蝕 煙氣硫酸露點腐蝕等 石油酸 石油酸 原油中的酸性組分含有環(huán)烷酸 脂肪酸 芳香酸 無機酸 酚類和硫醇等 總稱為石油酸 環(huán)烷酸 一般情況下原油中環(huán)烷酸均占原油酸性物質(zhì)的90 左右 環(huán)烷酸 RCOOH R為環(huán)烷基 是指飽和環(huán)狀結(jié)構(gòu)的酸及其同系物 其分子量在很大范圍內(nèi)變化 180 350 環(huán)烷酸在常溫下對金屬沒有腐蝕性 但在高溫下能與鐵等生成環(huán)烷酸鹽 引起劇烈的腐蝕 一般采取措施 原油TAN 0 5mgKOH g采用不銹鋼材料 316L鉬含量大于2 5 二次加工原料TAN 1 5mgKOH g采用不銹鋼材料 硫大于1 時 硫化物分解在釋放的H2S與鋼材反應生產(chǎn)硫化亞鐵保護膜 可減緩環(huán)烷酸腐蝕 高硫低酸值原油腐蝕性相對較小 反之低硫高酸值腐蝕性更大 低酸原油 酸值 0 5mgKOH g的原油 含酸原油 酸值在0 5 1mgKOH g之間的原油 高酸原油 酸值在1mgKOH g以上的原油 一般認為 原油中酸的腐蝕主要是占原油90 左右的環(huán)烷酸的腐蝕 通常認為 原油酸值低于0 3mgKOH g時不會引起腐蝕 原油酸值達到0 5mgKOH g就會造成顯著腐蝕 酸值超過1 0mgKOH g 腐蝕就會極為嚴重 環(huán)烷酸腐蝕受溫度的影響比較大 在200 以下環(huán)烷酸對設備幾乎不造成腐蝕 而當溫度升高至200 以上時 隨著溫度升高腐蝕逐漸加劇 溫度每升高55 碳鋼和低合金鋼腐蝕速度增加2倍 無機鹽和氯 原油中的無機鹽類主要有NaCl MgCl2 CaCl2等 鹽類的含量一般為 5 130 10 6 其中NaCl約占75 MgCl2約占15 CaCl2約占10 左右 原油中的氯化物有無機和有機氯化物兩種 原油經(jīng)電脫鹽后無機氯脫除率可達88 99 但有機氯含量幾乎不減少 有機氯主要來源于采油過程中加入的含氯油田化學助劑 原油經(jīng)電脫鹽后 加入的水基類油田化學助劑可除去 但油基和乳化液類化學助劑不能除去 重整氫中也含氯 350 以下各窄餾分中的氯主要是有機氯 無機氯很少 350 以上餾分的總氯含量最高 且有機氯和無機氯含量均較高 氮化物 原油中所含氮化物主要為吡啶 吡咯及其衍生物 在深度加工如催化裂化及焦化等裝置中 由于溫度高 或者催化劑的作用 其中約有10 15 轉(zhuǎn)化成氨 有l(wèi) 2 則轉(zhuǎn)化成HCN HCN的存在對煉油廠低溫H2S H2O部位的腐蝕起到促進的作用 造成設備的氫鼓泡和氫脆 分解生成的氨 將在FCC 焦化及加氫等裝置中形成氨鹽 NH4Cl和NH4HS 造成塔盤的垢下腐蝕 冷卻設備管束的堵塞和酸洗水沖刷腐蝕 影響酸洗水的pH值 pH 9會引起嚴重腐蝕 氯化氨鹽的腐蝕 堿 金屬在NaOH或KOH存在的條件下 拉應力和適當溫度產(chǎn)生的開裂 碳鋼 低合金鋼 300系列不銹鋼易腐蝕 鎳基合金耐腐蝕 常見于含濃縮堿液體的管線 堿洗后殘留 堿開裂 連多硫酸 形成環(huán)境 硫化物 水 空氣反應形成酸性環(huán)境 H2SXO6 材料 敏化材料 370 815 長期操作 或類似敏化的焊縫附近 300系列 應力 存在殘余應力或拉應力的地方產(chǎn)生裂紋 腐蝕形態(tài) 在焊縫熱影響區(qū)或母材上的晶間腐蝕開裂 可以數(shù)分鐘或數(shù)小時擴展 通常在開工時才發(fā)現(xiàn)泄漏 3FeS 5O2 Fe2O3 FeO SO2SO2 H2O H2SO3H2SO3 1 2O2 H2SO4H2SO3 FeS H2SxO6FeS H2SO4 FeSO4 H2SH2SO3 H2S H2SxO6 三 加氫裝置腐蝕部位及類型 加氫裝置腐蝕分布 制氫裝置 制氫裝置腐蝕分布 四 腐蝕控制的措施 針對不同的腐蝕環(huán)境 油品 有針對性的選材 工藝設計是裝置在服役周期內(nèi)不發(fā)生腐蝕泄漏事故的基礎 工藝防腐是關鍵 腐蝕監(jiān)控必不可少 監(jiān)測點的選擇是關鍵 含硫油和含酸油選材對比 選腐蝕率為0 25mm a 對比不同的資料 選擇材料耐硫或硫 環(huán)烷酸介質(zhì)腐蝕的最高使用溫度 API581 S 1wt 高硫油碳鋼 260 5Cr 316 9Cr 399 TAN 0 5 含酸油碳鋼 246 260 5Cr 316 399 9Cr 371 399 選材導則 SH T3096 2008 高硫原油加工裝置設備和管道設計選材導則 腐蝕裕量 設備 腐蝕裕量 6 0mm 管道 碳素鋼腐蝕裕量 6 0mm 低合金鋼和鉻鉬鋼腐蝕裕量 3 2mm或高合金鋼或有色金屬腐蝕裕量 1 6mm 加熱爐爐管 碳素鋼腐蝕裕量 3 0mm 鉻鉬鋼腐蝕裕量 2 0mm或高合金鋼腐蝕裕量 1 0mm 設計壽命 設備的設計壽命應按SH T3074的規(guī)定 爐管的設計壽命應按SH T3037的規(guī)定 管道元件的設計壽命應按10 15年考慮 設計含硫量 以裝置正常操作條件下介質(zhì)中的含硫量為依據(jù) 并應充分考慮操作條件下可能達到的最大含硫量的影響 總硫含量大于或等于1 0wt 且酸值按照GB264 83方法測定小于0 5mgKOH g的原油 選材 大于240 管道Cr5Mo鋼 240 350 設備碳鋼 06Cr13大于350 設備碳鋼 022Cr19Ni10或碳鋼 06Cr18Ni11Ti 設計含酸量 原油酸值大于等于0 5mgKOH g選材 介質(zhì)溫度小于240 選用碳鋼 介質(zhì)溫度大于等于240 小于288 介質(zhì)為液相且流速小于3m s時 選用1Cr5Mo 0Cr18ni10Ti 0Cr19Ni10 00Cr19Ni10 流速高于3m s時或介質(zhì)為氣液兩相 選用0Cr18Ni10Ti 0Cr19Ni10 00Cr19Ni10 介質(zhì)的溫度大于等于240 且流速大于等于30m s時 選用0Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 介質(zhì)溫度大于等于288 選用0Cr18Ni10Ti 0Cr19Ni10 00Cr19Ni10或0Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 選材導則 SH T3129 2008 高酸原油加工裝置設備和管道設計選材導則 加強設備防腐蝕管理工作的要求制定全廠性的設備與工藝防腐解決方案建立健全全廠腐蝕管理網(wǎng)絡設備防腐