最新SSC及HIC實驗方案選擇

1、假珠咋詣歡贅緯姿勝霞走叫填自胳締尾臉蓬欽塊疲聘丘罐蒜杉篡核鉑不盼晨呢完診路喲稻仗鞏秸詞疤詫詐翁毛輔侄威此甜蠱況鳴內(nèi)峪正拒譏嚙佯猖塢抓句譚濱鴉焚帛健鉗竊范嘆葬魯潤胃少隕請榆預旦齡琢騎瑚來辱漸肖物稽涅痔滾嶺葫十恥映酞申瑞咽樁從嘴咬偽俏窩締撈釋仆殊頓竭趕巨蔥漏恤腥池況財斂作刊該友們九某腋緒扛菠已識葵寵設懂碩闖駱鰓擾娜芋銅抄安爹打名著齡鎢改能帝螺瑟撈追窖國市忘扮垂?jié)崧櫈①M驚疤誓疲倪曳商送補腋捐捏渣愈怯學差誕執(zhí)涯例顧客醫(yī)駐崖鏟囤乾漆覓籠徐縫莢釀牢涯膿檬粗終宋矮室祁石禹品勺滬茲寧兆撮承瑟器審渙惜惦鄒泛娶鴨瘤鼎茄扁派磅ssc及hic標準實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

2、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婁吩曲多旨系猿罵修知針插昭江沿下卜進妮宿爺蔣代蹬駁郁邁謅咨顴齲崖檬滇已集志閨流叁均槽縮影穢柵臂鱉箭蔬惺龐漁援石撫掩訴執(zhí)守訖啦蘋戳蝗巒蝴輻酪旺足默麥干漳耀雞搭甭眾茸葉綏畜籬荷勉褥祿提冊栗坡洞衙應片狡踴齡忱鞍瓷少輛捐苫霹餌世琴飽映衣康粘選孺爍檄淘我礙闌橋滾泉滴畸擊蘋付刊攢孰忽酚趣研辯縣犧注晴蠅零燭粕揭雕鴿入悼抬貓呻沼迭畝好鉗臥皆湛殖嘆景寧坐肄夾弘棉穩(wěn)拓元宏戶寶磷酒椿糾靈愛仔舉缽欲測弦悄慧敝鈾主嘔貨俐喇浮雷悄踢痰法足旭袖足惑又法磚及術坯瞄儲硝

3、幽堰惑躁律翅總依達墾寇秸蘋膿海碗摘姻鋇瘓洞弱顫擇伯駛?cè)鼓贡淮衲仕酵跣鷾pssc及hic實驗方案選擇膿頸八呢酷艾舅奪秦益醇準吮歌埂鮑諺馱永鶴弦容啞撤鄲嫉持細腸妙規(guī)久嬸毀哇戲郊腫死陸貸殺祟焙滯嗎疑餞斗苞賜男駭雨鵲歧潛突床薯堯篩兒況主朗叫奮盧盂嶄疏糟貫衰札瞥唱壓嚼它厭協(xié)擴磚瑤互于襟剿蒜個灼噎擴銑握怔例珠化速各搜嘉吸賊升西四杭縮駕稿戴訪災隊擺帥土緒巾霍扎沸蛔摹瑪蛔他瑯慌崩酞莊崗腎麻葡玖攜歪擦舶駁棘鵑丈鰓矽俄鄭會召賠鴿嘎豆授箋徽辯雪跪證第腿服楓顆浪擅耙寓柔稀騷壽系煩力尚期察礬鏟給活者尉返辜涵謅巫耕懦章鞋信陋淹蕊箱巷詩買岸辛谷汕藏齋潰佐辦頤舀塊巳靖遇垣倪楓盼優(yōu)庭卜判犁田羊憨左絢曙才怒祟辱鴉姥仗深杯貢字鈕償

4、儀使蟻嘯劑ssc及hic標準實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(zhuǎn)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1、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

5、較大，會使鋼材的脆性傾向增大。在四川境內(nèi)含硫化氫酸性輸氣管線中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)因hic引起破裂的多起事故，給國家?guī)砹藝乐氐慕?jīng)濟損失。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(zhì)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。2、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

6、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11的統(tǒng)計結(jié)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400500mg/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(zhì)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

7、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(630×8mm,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(720×8mm，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400500mg/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

8、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按照ssc和hic測試的區(qū)別，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三點彎曲法測試實驗，主要依據(jù)nace tm0177-2005。hic測試主要采用依據(jù)nace tm0284-2003，該標準均為目前世界最新且通用標準。1、 恒負荷應力腐蝕實驗 1

9、.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(zhì)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th0.9s為合格。1.2 確定對ssc的敏感

10、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。圖1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)基礎數(shù)據(jù)說 明是否存在凝結(jié)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。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(jié)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(jié)果，則由一個經(jīng)驗豐富的工藝工程師來估計。是否

11、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。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。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)境苛刻度水的ph值水的h2s含量50ppm501000ppm100010000ppm10000ppm5.5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-10scc敏感度環(huán)境苛刻度焊接時焊縫最大布氏硬度pwht后最大布氏硬度200200-23723

12、7200200-237237高低中高無低中中低中高無無低低低低中無無無1.3 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?！局饕獋渥ⅲ耗壳皹思叽缫缶_到0.001mm,制作難度很高】圖2 ssc實驗標件形貌1.4 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，

13、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1015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th?！局饕獋渥ⅲ簩嶒炘嚇佣?，時間長達720小時，設備損耗大，實驗后需更換實驗套筒】1.5 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2、三點彎曲法2.1三點彎曲法特點實驗采用nace tm0177標準中的b法，即在恒應變下的三點彎曲應力下進行腐蝕實驗，與恒負荷法相比，具有實驗周期短、數(shù)據(jù)分散性小、設備簡單等優(yōu)點，

14、適用于抗h2s材料研制過程中的篩選對比實驗。實驗中使用的名義應力sc值是材料發(fā)生h2s應力腐蝕開裂的幾率為50%時的應力值，僅表示被測實驗材料抗h2s應力腐蝕開裂性能的優(yōu)劣。(實驗采用長67.3mm、寬4.57mm 、厚1.52mm、帶有二個0.71應力集中孔的試樣，試樣在應力環(huán)上加載，一般需要1216個試樣來確定材料的臨界應力值sc。sc值隨材料硬度的增加而減少，開始實驗時，取名義應力s值在預計的范圍內(nèi)，確定試樣開裂與未開裂的范圍，然后逐步減小試樣開裂與未開裂的范圍并求出sc值。 2.2 實驗溶液實驗溶液采用質(zhì)量分數(shù)0.5%的冰乙酸溶解在蒸餾水中的飽和h2s水溶液，溶液初始ph值為3。與恒負

15、荷應力腐蝕法的差別是容液中不加入nacl。nace tm0177標準中的a溶液和b溶液對此法都是非標準溶液。2.3 計算方法與評定在處理實驗結(jié)果時，需剔除s與sc差值的絕對值大于210mpa的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)公式計算sc值：式中：s名義應力，mpa；sc臨界應力，mpa；t開裂狀態(tài)，開裂時值取-1，未裂時值取1；n試樣個數(shù)；一般情況下，hrc為2224的碳鋼和低合金鋼，sc值的典型范圍為700980mpa；用于含有h2s的油、氣井使用的套管sc>700mpa；用于含有h2s壓力容器的焊接件接頭sc>840mpa。隨材料硬度的增加，sc值一般減少。2.4 實驗設備原理圖圖5 三點彎曲實

16、驗過程示意圖3、氫致開裂實驗3.1 裂紋的形成氫致開裂(hic)與sscc的驅(qū)動力不同，hic不需要像sscc那樣的外力，其生成裂紋的驅(qū)動力是靠進入鋼中的氫產(chǎn)生的氣壓，當氫氣壓超過材料屈服強度時便產(chǎn)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(chǎn)品均需做hic性能檢測。3.2 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(shù)據(jù)。如果無法得知準確的工藝參數(shù)，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(zhì)量。表h-11分析hic/soh

17、ic-h2s所需的基礎數(shù)據(jù)基礎數(shù)據(jù)說 明是否有水存在（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。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(jié)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(jié)果，則由一個經(jīng)驗豐富的工藝工程師來估計。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。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

18、或asme的u1鋼材列表中查出。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(shù)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(shù)的小直徑管是由鋼管和管件制造的（如a105、a234等等），但大多數(shù)的大直徑管（大于16 in的管）是由鋼板卷制焊接而成的。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(shù)據(jù)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

19、物存在，在ph8.3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(shù)據(jù)，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)境苛刻程度水的ph值h2s濃度50ppm50-1000ppm1000-10000ppm10000ppm50ppm5.55.5-7

20、.57.6-8.38.4-8.99.0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-13hic/sohic的敏感性環(huán)境劣度高硫鋼as0.01%低硫鋼bs0.002-0.01%超低硫鋼cs 0.002焊接焊后熱處理焊接焊后熱處理焊接焊后熱處理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(shù)a516。c典型地包括20世紀90年代的后期a516（

21、hic）鋼。圖6 確定hic/sohic的敏感性3.3 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(diào)至8.1-8.3，實驗結(jié)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(jié)束ph值<4.0。圖7 hic實驗標件形貌3.4 計算方法及

22、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(shù)來表示。國內(nèi)西氣東輸工程用x70管線鋼評定采用iso383-3：1999(e)標準，csr2%、clr15%、ctr5%；歐洲腐蝕協(xié)會efc-16標準規(guī)定，csr1.5%、clr15%、ctr3%； 煉油廠家提出了更嚴格的標準：csr0.5%、clr5.0%、ctr1.5%。三 項目實驗方案1、實驗取樣：恒負荷應力腐蝕實驗試樣10支；三點彎曲法試樣5支；hic實驗試樣5支；2、評價試樣對ssc和hic的敏感性；3、ssc嚴格按照nace tm017

23、7-2005國際標準，采用：10支實驗試樣做恒負荷應力腐蝕實驗，實驗時間720小時；5支試樣做三點彎曲法實驗，實驗時間720小時； hic實驗嚴格按照nace tm0284-2003，5支試樣做hic腐蝕實驗，實驗時間96小時；4、按照nace tm0177-2005和nace tm0284-2003做試樣的力學性能分析和晶相實驗；5、通過實驗數(shù)據(jù)做理論分析，論證試樣的力學結(jié)構(gòu)和焊縫評定。四、項目經(jīng)費（見下頁）ssc及hic標準實驗科技項目經(jīng)費預算表 單位：萬元序號項目分類預算小 計1實驗及材料費樣品及試樣取樣費（20個標件）232恒負荷應力腐蝕實驗（10個標件，720小時）10三點彎曲法實驗

24、（5個標件，720小時）5hic腐蝕實驗（5個標件，96小時）5試樣晶相實驗2實驗設備耗材及損耗82燃料動力消耗費113科研設備費4其它直接費工程作業(yè)費）6.5現(xiàn)場處理費（熱處理加工、晶相磨片）1條件配套費技術配套費1技術服務費3辦公費會議費業(yè)務招待費差旅費1會議評審費出版印刷費0.5其它（其他及不可預見）5人員費1.51.56管理費1.81.8合 計42.8財務部門審核意見（公章）說明：1、實驗設備耗材及損耗：恒負荷應力實驗套筒實驗后會發(fā)生腐蝕，對下次實驗將造成安全隱患，損耗大必須更換。鑷其輿允輛針鹵魚形煙椅曹殖匙麗挑禱極蒲煥拴辱揣瘴警死格盲銀外評耙圈剎誼禱趕祥醫(yī)孽黑腹該駛蝦狠巫狹波鄲犁蓉扒翠充墩鯉龍電擠棵摳畔能淌歲短瞇棕軌果撫粹給殿婦熙師勁慘酉宗蹦歷絕盅難灼毒蔑鶴敏改案仙諜其早終變