理论教育 氢脆导致设备安全问题的解决方案

氢脆导致设备安全问题的解决方案

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:通常情况下,氢气没有腐蚀性,也不与典型的容器材料发生反应。目前用在氢气系统中比较多的是奥氏体不锈钢以及铝合金钢。钛设备多是关键的心脏设备,常常是压力容器,对保证生产有举足轻重的作用。钛设备失效大多是腐蚀与开裂,而腐蚀与开裂大多是吸氢与氢脆造成的。因而对在役钛设备进行定期开放检测中,腐蚀吸氢与氢脆检测对钛设备安全评定至关重要。

氢脆导致设备安全问题的解决方案

通常情况下,氢气没有腐蚀性,也不与典型的容器材料发生反应。在特定的温度和压力条件下,它可以扩散到钢铁和其他金属中,导致我们所知的使高强钢的强度降低或脆化,为了避免这个问题,必须选择适当材料来制备储氢的容器或钢瓶,保证灌氢后100年都不会发生泄漏或劣化。

目前用在氢气系统中比较多的是奥氏体不锈钢以及铝合金钢。图18-12是各种奥氏体不锈钢在氢气环境下使用时的颈缩的温度变化,SUS316L、SUS316NG和SUS310S受氢气环境的影响比较小。此外如图18-13所示,各种不锈钢中,含镍成分高的不锈钢受氢气的影响小[22]

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图18-12 氢气对奥氏体不锈钢的相对颈缩的影响

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图18-13 氢气压力对奥氏体不锈钢的相对颈缩的影响

除了母材材质外,其加工处理的工艺,尤其是焊接工艺也会对氢脆产生影响。常见的焊接有TIG(Tungsten Inert Gas)焊接、MIG(Metal Inert Gas)焊接、SAW(Submerged Arc Welding)、减压电子束(Reduced Pressure Electron Beam)焊接、摩擦搅拌焊接(Friction Stir Welding)、CO2激光焊接等方式。TIG、MIG、SAW方法可以改变奥氏体不锈钢来的低温韧性,而FSW和RPEB则对铝合金焊接更适合[7]

除了铁基金属外,其他金属也存在相同的问题,尤其是钛合金。在石油化工装置中,如醋酸、乙醛、精对苯二甲酸尿素等产业有较多引进的或国产的钛设备,乙烯生产与发电装置中也用钛制海水冷却器及冷凝器。钛设备多是关键的心脏设备,常常是压力容器,对保证生产有举足轻重的作用。在高温、高压、接触强腐蚀介质环境下运行,甚至易燃易爆,使用条件苛刻,尽管大部分钛设备使用良好,而且预期寿命较长,但某些钛设备及零部件在使用短至3~5年,长至10余年后逐步更换,个别的仅1~2年就失效报废,甚至发生突然事故。钛设备失效大多是腐蚀与开裂,而腐蚀与开裂大多是吸氢与氢脆造成的。因而对在役钛设备进行定期开放检测中,腐蚀吸氢与氢脆检测对钛设备安全评定至关重要。

正因为氢气可以改变钢铁、钛合金、铝合金等一些材料的性质,所以用于氢气系统的材料需要经过认真的评估。

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