湿硫化氢环境腐蚀与防护指导意见

湿硫化氢环境腐蚀与防护指导意见第一章总则1.1为规范湿硫化氢环境腐蚀与防护工作，防止发生安全事故，依据国家有关法规、标准，制定本指导意见。1.2本指导意见适用于中国石油天然气集团公司、股份有限公司所属炼化企业。1.3本指导意见规定了石油化工装置在湿硫化氢环境（含有气相或溶解在液相水中，不论是否有氢气存在的酸性工艺环境）使用的静设备，为抵抗硫化物应力腐蚀开裂（SSC）、氢诱导开裂（HIC）和应力导向氢诱导开裂（SOHIC），在设计、材料、试验、制造、检验等方面的要求。生产、技术、设计、工程、检修、科研等部门应积极参与和配合设备管理部门做好相关工作。1.4本指导意见是对处于湿硫化氢腐蚀环境中的设备抗SSC、HIC/SWC和SOHIC损伤的最低要求，其中包括碳钢和低合金钢，以及碳钢及低合金钢加不锈钢的复合钢板制造的设备。但不包括采用在金属表面（接触介质侧）增加涂层（如喷铝等）防止基体材料腐蚀开裂的设备。1.5凡处于湿硫化氢环境中的设备在材料选择、设备制造与检验均应满足本标准的要求，否则可能导致设备SSC、HIC/SWC和SOHIC的破坏。1.6本标准不包括湿硫化氢引起的电化学失重腐蚀和其他类型的开裂。1.7湿硫化氢腐蚀环境的定义与分类：1.7.1介质在液相中存在游离水，且具备下列条件之一时称为湿硫化氢腐蚀环境：（1）在液相水中总硫化物含量大于50ppmw；或（2）液相水中PH小于4且总硫化物含量大于等于1ppmw；或（3）液相水中PH大于7.6及氢氰酸（HCN）大于等于20ppmw，且总硫化物含量大于等于1ppmw；或（4）气相中含有硫化氢分压大于0.0003MPa（0.05psia）。1.7.2根据湿硫化氢腐蚀环境引起碳钢和低合金钢材料开裂的严重程度以及对设备安全性影响的大小，把湿硫化氢腐蚀环境分为2类，在第I类环境中主要关注SSC，而在第Ⅱ类环境中，除关注SSC外，还要关注HIC和SOHIC等损伤。具体划分类别如下：第I类环境（1）操作介质温度≤120℃；1（2）游离水中硫化氢含量大于50ppmw；或（3）游离水的PH＜4，且含有少量的硫化氢；或（4）气相中硫化氢分压大于0.0003MPa（绝压）；或（5）游离水中含有少量硫化氢，溶解的HCN小于20ppmw，且PH＞7.6。第Ⅱ类环境（1）操作介质温度≤120℃；（2）水溶液中硫化氢含量大于50ppmw，且PH＜4；或（3）气相中硫化氢分压大于0.0003MPa（绝压），且水中总硫化物含量大于2000ppmw，PH＜4；或（4）水溶液中总硫化物[注]含量大于2000ppmw，HCN含量大于20ppmw，且PH＞7.6；或（5）水溶液中含有硫氢化胺（NH4HS）浓度大于2%（wt%）。1.8湿硫化氢环境下的腐蚀与损伤主要包括：酸性水腐蚀、湿H2S损伤（HB/HIC/SOHIC/SSC）、胺腐蚀、碱式酸性水腐蚀（硫氢化氨腐蚀）等几类。1.9湿硫化氢环境下装置设计选材与制造应严格执行国家、行业及中国石油相应标准规范，同时应参照以下标准规范：（1）GB/T4340.1金属维氏硬度试验第一部分：试验方法法（2）GB/T6394金属平均晶粒度测定方法（3）GB/T10561钢中非金属夹杂物含量的测定/标准评级图显微检验法（4）GB150固定式压力容器（5）TSGR0004固定式压力容器安全技术监察规程（6）SH/T3074石油化工钢制压力容器（7）GB151管壳式换热器（8）SH/T3075石油化工钢制压力容器材料选用规范（9）GB/T8165不锈钢复合钢板和钢带（10）GB/T699优质碳素结构钢（11）GB713锅炉和压力容器用钢板（12）NB/T47002压力容器用爆炸焊接复合板（13）NB/T47008承压设备用碳素钢和合金钢锻件（14）GB24511承压设备用不锈钢钢板和钢带（15）JB4708钢制压力容器焊接工艺评定（16）JB/T4711压力容器涂敷与运输包装（17）其它适应于湿硫化氢环境设计选材与制造相关标准规范。（18）GB/T4157金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室实验2（19）GB/T8650管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法（20）NACEMR0103MaterialsResistanttosulfideStressCrackinginCorrosivePetroleumRefiningEnvironments（21）NACESP0472MethodsandControlstoPreventIn-ServiceEnvironmentalofCarbonSteelWeldmentsinCorrosivePetroleumRefiningEnvironments（22）NACETM0177LaboratoryTestingofmetalsforResistancetoSulfideStressCrackingandStressCorrosiveCrackingInH2SEnvironments（23）NACETM0284EvaluationofpipelineandPressureVesselSteelsforResistancetoHydrogen-InducedCracking（24）NACERP0296GuidelinesforDetection,Repair,andMitigationofCrackingofExistingPetroleumRefineryPressureVesselsinWetHydrogenSulfideEnvironments（25）API945（RP）AvoidingEnvironmentalCrackinginAmineUnits（26）API-571DamageMechanismsAffectingFixedEquipmentintheRefiningIndustry（中文版）（27）NACERP0103炼厂腐蚀性原油环境中抗硫化物应力开裂材料；1.10发生部位：（1）在炼油厂有湿H2S环境存在的部位都能发生HB、HIC、SOHIC、SSC损伤。（2）在加氢装置中，NH4HS浓度增大到超过2%会增加发生鼓泡、HIC和SOHIC的可能性。（3）氰化物会明显增加HB、HIC、SOHIC损伤的可能性和严重程度。对于流体催化裂化和延迟焦化装置的汽相回收单元尤为明显。典型的部位包括分馏塔塔顶罐，分离塔，吸收塔和汽提塔，压缩机级间分离器和缓冲罐，各种换热器、冷却器和空冷器。酸性水汽提塔和胺再生塔顶系统尤其容易发生湿H2S损伤，因为此处存在氰化物，NH4HS浓度也很高。（4）SSC最有可能在硬焊缝和热影响区及高强度部件中发现。高强度部件包括螺栓，安全阀弹簧，400系列不锈钢阀芯，压缩机轴、套管和弹簧。1.11各炼化企业在遵循本指导意见的基础上，应加强湿硫化氢环境腐蚀防护新技术的引进与推广，如各种涂层、镀层技术等。3材料分类推荐材料牌号附加要求普通碳钢和低合金钢钢板：Q245R、Q345R钢管：10、20、Q345锻件：20、16Mn见2.3.1抗HIC碳钢和低合金钢钢板：Q245R（HIC）、Q345R（HIC）SA516-65/70（HIC）锻件：20（HIC）、16Mn（HIC）见2.3.2复合材料钢板：Q245R或Q345R复合S11306,S30403,S31603,S32168钢管：10、20、Q345复合S11306,S30403,S31603,S32168锻件：20、16Mn堆焊S11306,S30403,S31603,S32168见2.3.3第二章湿硫化氢环境设备的材料选择2.1处于湿硫化氢腐蚀环境下的设备承压件应选用表2.1中的材料：表2.1湿硫化氢腐蚀环境下的设备承压件推荐材料2.2材料选择原则2.2.1在第I类环境下操作的设备承压件应选用表2.1中的普通碳钢和低合金钢。2.2.2在第Ⅱ类环境下操作的设备承压件应选用表2.1中的抗HIC碳钢和低合金钢，以及表2.1中的复合材料。2.3材料附加要求2.3.1碳钢和低合金钢2.3.1.1在湿硫氢腐蚀环境下操作的设备用碳钢和低合金钢除符合相应的材料标准及相关规范和规程的规定外还应符合下列附加要求：a）化学成分（熔炼分析）：硫（S）含量≤0.08%，磷（P）≤0.12%成品分析偏差应符合GB/T222的规定。b）碳当量CE：对普通碳素钢CE≤0.40，对低合金钢CE≤0.45。元素以重量百分比代入（Wt%）c）力学性能（试样须经模拟焊后热处理）材料标准规定的屈服强度下限ReL≤355MPa材料最高抗拉强度Rm≤600MPa-20℃冲击功合格指标为：三个试样平均值KV2≥34J，允许其中一个KV2≥25J；d）使用状态：正火或正火+回火e）无损检测：钢板厚度超过12mm时，按JB/T4730.3进行100%超声检测，气质量等级按下列要求：4钢板厚度12～60mm质量等级不低于Ⅱ级为合格钢板厚度大于60mm质量等级低于I级为合格2.3.1.2钢板和锻件应逐张（件）进行布氏硬度试验，硬度值应小于等于200HBW。2.3.1.3处于湿硫化氢环境的锻焊设备壳体、接管、法兰及接管法兰的锻件级别按设计文件的要求。2.3.2抗HIC碳钢和低合金钢2.3.2.1钢板除符合GB/T713、SA516-65/70和NB/T47008的规定外，还应满足2.3.1.2条及以下要求：a）冶炼方法：应采用电炉+炉外精炼方法（或其他高质量的冶炼方法），应为本质细晶粒钢b）化学成分（熔炼分析wt%）：P≤0.010；S≤0.003；Ti≤0.01；B≤0.0005；Nb+V≤0.05。成品分析偏差应符合GB/T222的规定。C）碳当量CE：钢材厚度≤50mm时；CE≤0.43；钢材厚度＞50mm时；CE≤0.45。d）无损检测（同5.3.1.1e）；e）使用状态：正火或正火+回火；2.3.2.2钢板和锻件的晶粒度应符合GB/T6394的要求，晶粒度不粗于5级。2.3.2.3锻件和厚度大于20mm的钢板应按照GB10561规定的B法进行非金属夹杂物评定，硫化物类（A类）、氧化铝类（B类）、硅酸盐类（C类）及球状氧化物类（D类）、单颗粒球状类（DS类）均不得大于1.5级，且应满足A+C≤2.0，B+D≤2.0，A+B+C+D+DS≤4.5级。2.3.2.4钢板和锻件应在正火状态交货，经模拟热处理后的力学性能除应符合GB713、NB47008的规定外，还应满足以下要求，推荐模拟热处理为610℃±10℃，保温时间不小于2.5min/每1mm厚度×预期热处理次数，且最小为2h，或者供需双方协商。a）厚度大于20mm的钢板应进行厚度方向的性能试验，其Ψz三个试样平均值大于等于35%，单个试样最低值大于等于25%。b）抗HIC钢板和锻件冲击功三个试样平均值KV2≥34J，允许其中一个试样KV2≥25J。Q245R（HIC）的试验温度为-20℃；Q345R（HIC）和SA516-65/70（HIC）的试验温度为-30℃。2.3.2.5抗HIC钢板应按GB/T4157或NACETM0177的规定进行抗SSC试验，其门槛值）应大于等于0.8ReL。2.3.2.6抗HIC钢板应按GB/T8650或NACETM0284的试验方法进行5抗HIC腐蚀试验，其试验溶液和试验要求按如下规定：2.3.2.6.1采用GB/T8650或NACETM0284的A溶液，2.3.2.6.2HIC试验合格指标如下：CLR＜5%CTR＜1.5%CSR＜0.5%。注：CLR为裂纹长度率（%）；CTR为裂纹厚度率（%）；CSR为裂纹敏感率（%）。2.3.2.7如果用户规定更苛刻的使用环境，HIC试验可采用现场使用环境一样的条件进行评定，其合格指标可由双方商定。2.3.3复合材料2.3.3.1复合材料的基材〔Q235R、Q245R、20锻件、16Mn锻件、10钢管、20钢管〕应满足GB713、NB47008的规定，使用状态为正火、正火。2.3.3.2复合材料的复层（S11306,S30403,S31603,S32168）钢板应符合GB2451