NACE MR 0103-2005 中文

1NACEMR0103-2005ItemNo.21309腐蚀性石油炼制环境中抗硫化物应力开裂材料的选择本NACE标准代表各成员的统一意见，这些成员审查了本文件及其适用范围和条款。接受本标准并不排除任何人（不管是否采用本标准）会在生产、销售、采购或使用产品、工艺或程序时不符合本标准。在本标准中绝不包含任何可被理解为（隐含的或其他的）授予任何权力进行与为专利特许权所涵盖的任何方法、器械或产品有关的制造、销售或使用；或被理解为确认或保护任何人免除因侵犯专利特许权而应承担的责任。本标准仅是最低要求，但不能解释为限制使用更好的方法或材料。本标准也不打算用于与本主题有关的所有情况。不可预见的环境可能在特定情况下使本标准失效。NACE不承担其它方对本标准的解释或使用所导致的责任，只承担NACE按照管理程序和政策所颁发的正式解释的责任，它排除了单个志愿者的解释。NACE标准的用户负责在使用前检查相应的健康、安全、环保和法规文件，并确定它们对本标准的适用性。本标准可能没有列出在本标准范围内所涉及的与材料和设备的使用及操作相关的所有潜在的健康和安全问题或对环境的危害。NACE标准的用户也有责任建立相应的健康、安全和环保规则，必要时咨询相应的政府法规部门，以便在使用本标准前满足现有适用的法律和法规要求。警示：NACE标准会被定期审查，不经通知随时修改或撤销标准。NACE要求在本标准初次发布后五年内，进行重新确认、修改或撤销。用户应注意获取最新版本。NACE标准的购买者可与NACE会员服务部联系取得所有标准和其它NACE出版物的最新信息，联系地址：NACEInternationalMembershipServicesDepartment,1440SouthCreekDrive,Houston,Texas77084-4906(telephone[phone]-05-23修订2003-03-15批准NACE1440SouthCreekDriveHouston,Texas77084-4906(telephone:[phone])ISBN1-57590-168-4©2005,NACE2前言本标准规定了酸性炼厂环境（即含湿硫化氢的环境）中抗硫化物应力开裂（SSC）的材料要求。目的在于炼油厂、设备制造商、工程承包商和建设承包商使用本标准。炼制行业中使用的术语“湿H2S开裂”涵盖一系列的破坏机理，这些破坏是在湿H2S炼厂或天然气厂工艺环境中由于充氢作用而发生的。由于充氢而导致的破坏形式之一是淬硬焊接件和显微组织的硫化物应力开裂（SSC），这部分内容将在本标准中涉及。其它材料破坏形式包括氢鼓泡、氢致诱发裂纹（HIC）和应力导向氢诱导裂纹（SOHIC），这些内容不在本标准涉及。在过去，许多最终用户、行业组织（如API（1））和向炼油行业供应诸如转动设备、阀门等设备和产品的制造商，规定采用NACE标准MR0175/ISO15156来限定材料要求，以防止发生SSC。然而，大家都知道MR0175/ISO151561是专门为油、气开采行业制订的，炼制环境并不在该标准范围之内。2000年，NACE成立了TG231工作组来制订专门用于炼厂酸性环境的材料标准。本标准虽然是基于MR0175/ISO15156的成功经验，但又是专门为炼厂环境和用途制订的。本标准的其它参考文献是NACE标准RP02962、NACE出版物8X1943和8X2944以及工作组成员的炼油经验。本标准中所给出的材料、热处理和材料性能要求，反映了TG231和它的两个发起者——特别技术组STG34（负责石油炼制和天然气加工工业腐蚀）和STG60（负责腐蚀机理）的最佳意见和经验。在许多情况下，意见是基于油、气开采行业的大量经验（在MR0175/ISO15156中提供了这些资料），工作组相信对炼制行业也是有很有作用的。无论何时，只要可能，标准中推荐的材料采用普遍接受的牌号（如UNSxxxx（2））和/或普遍接受的标准（如AISI、（3）ASTM、（4）ASME、（5）ANSI（6）或BSI（7）标准）进行定义。本NACE标准更新并取代MR0103以前所有版本。本标准由“硫化物应力开裂：NACE标准MR0103审查”任务组TG231制定。TG231由“石油炼制和天然气加工”专题技术组STG34管理，同时它也得到“腐蚀机理”专题技术工作组STG60支持。本标准在STG34的主管下由NACE出版。3(1)API：美国石油学会(2)金属和合金统一编号系统，它是ASTM和汽车工程师协会（SAE）的联合出版物。(3)AISI：美国钢铁学会(4)ASTM：美国材料试验学会(5)ASME：美国机械工程师协会(6)ANSI：美国国家标准化组织(7)BSI：英国标准协会目次1.总则2.钢铁材料3.有色金属材料4.总的制造要求5.螺栓6.镀层、涂层和扩散工艺7.特殊部件8.阀门9.压缩机和泵参考文献附录A.硬度测试和要求的背景资料（非强制性）在NACE标准中，术语项“应(shall)”、“必须(must)”、“宜(should)”、“可(may)”按《NACE出版物格式手册》第4版第7.4.1.9款对这些词项的定义使用。“应”、“必须”用来表示强制性的要求，“宜”用来指那些认为是比较好的、值得推荐的但不是绝对强制性的要求，“可”用来指那些可选择的要求。4表1.本标准“路线图”表2.P-xx合金钢最大硬度要求表3.奥氏体不锈钢化学成分要求表4.许可的冷加工镍-铬合金和镍-铬-钼合金及最大硬度要求表5.许可的沉淀硬化镍合金、状态及最大硬度要求表6.UNSR30035热处理表7.许可的钛合金、状态及最大硬度要求表8.符合第二、三章要求的普通螺栓材料第一章总则1.1范围1.1.1本标准规定了含H2S（气相或溶解于含水液相）的酸性石油炼制环境和相关的加工环境中（不管是否存在烃）抗硫化物应力开裂（SSC）的金属材料要求。本标准并不包括也无意包括设计规范。其它形式的湿H2S开裂、环境开裂、腐蚀及其它类型的失效，虽然超出本标准的范围，也宜在设备的设计和操作中加以考虑。恶劣的腐蚀和/或充氢状况会导致非SSC机理的破坏，宜采用本标准范围之外的方法加以控制。1.1.2特别指出，本标准旨在防止炼油行业的设备、部件发生SSC。防止ASME锅炉和压力容器规范5第IX卷中的P-No.1类碳钢材料发生SSC，则要求符合NACE标准RP04726。1.2适用性51.2.1本标准适用于暴露在1.3节所规定的酸性炼厂环境中的设备所有部件。这些部件受到SSC破坏，会：（1）破坏承压系统的完整性；（2）使设备失去基本功能；和/或（3）使设备在继续承压时恢复不到正常运转状态。1.2.2使用者有责任确定操作工况及规定何时采用本标准。1.2.3使用者有责任确保材料能满足预期的环境，可根据操作工况，如压力、温度、腐蚀介质、流体特性等，选择专门的材料。对于给定的部件，其材料可从本标准的各种候选材料中选取。本标准中未列出的材料可根据如下程序选用：(a)如果基于科学和经验知识的冶金研究表明是完全耐SSC的，则这些材料可通过1.6节方法，建议收入标准中。(b)如果基于风险分析表明，材料在所使用环境中即使发生SSC也是可以承受的。1.2.4制造商对材料符合冶金要求负责。1.3影响SSC的因素1.3.1硫化物应力开裂（SSC）是指存在水和H2S时，在拉应力和腐蚀共同作用下造成金属开裂。SSC是氢致应力开裂的一种形态，它是由于吸收硫化物在金属表面腐蚀所产生的原子氢而造成的。1.3.2炼油设备的SSC受下列参数的复杂交互作用的影响：(a)暴露于酸性环境中的材料的化学成分、强度（用硬度表示）、热处理和显微组织；(b)材料的总拉应力（外加应力与残余应力之和）；(c)材料中的氢流量（氢流量是环境的一个函数，即：游离水的存在、H2S浓度、pH及其它诸如氰化物和二硫化物离子浓度等环境参数。）(d)温度；和(e)时间。1.3.3材料对SSC的敏感性主要与强度（用硬度表示）有关，强度受化学成分、热处理和显微组织的影响。一般来说，硬度高的材料具有高的SSC敏感性。1.3.3.1通常，炼厂湿H2S环境中碳钢材质的压力容器和管道并不担心产生SSC，因为这些材料的硬度很低。然而，热处理不当的材料、焊缝和热影响区（HAZs）可能存在高硬度区。1.3.4对于一种给定的材料，其SSC敏感性随拉应力的增加而增加。1.3.4.1残余应力会造成总的拉应力提高。与焊接件相关的高残余应力会使SSC敏感性增加。61.3.4.2不管是否降低残余应力，控制焊接件硬度是一种公认的防止SSC的措施，该措施在NACE标准RP0472的P-No.1碳钢部分作了概述。1.3.5SSC敏感性也与钢中氢渗透流量相关。氢渗透流量主要与pH和水中H2S浓度两个环境参数关联。典型的情况是，在近中性pH溶液中，钢中的氢渗透流量最低。pH值再高或再低时，其渗透流量均增加。pH值低时，腐蚀是由H2S引起；pH值高时，腐蚀是由高浓度二硫化物离子引起的。在许多炼厂酸性水环境中，由于溶解氨的存在，使得pH值升高，H2S溶解度增加，导致高的二硫化物离子浓度。在高的pH值时，氰化物的存在会使原子氢渗入钢中的程度加剧。众所周知，SSC敏感性随着H2S浓度（例如，气相中的H2S分压或水相中的H2S浓度）的增加而增加。在环境促进严重充氢的情况下，水中1ppmw的H2S就足以引起SSC。1.3.5.1一些已知的会引起SSC的环境条件是在液相中含游离水且：(a)游离水中溶解的H2S50ppmw，或(b)游离水pH4且存在一些溶解的H2S，或(c)游离水pH7.6且水中含20pppmw溶解的氢氰酸(HCN)和一些溶解的H2S；或(d)气相介质中H2S绝对分压0.0003Mpa（0.05psia）。1.3.5.1.1炼厂的高pH值酸性环境有别于NACE标准MR0175/ISO15156涉及的油气开采酸性环境。因为开采产品的许多酸性物流中含有二氧化碳，使得pH值较低。另一个主要区别是炼厂酸性环境中的氯离子浓度要比石油开采酸性环境低得多。1.3.6随着温度的升高，只要液相中的游离水并未因此而除去，则会使充氢电位升高。温度提高会促进H2S的离解（因此会产生更多的单原子氢），并加快单原子氢在金属中的扩散速度，因此促进充氢。然而，开裂电位在接近环境温度时最大。这种差异的影响很大，因为金属在高温下充氢，而在温度降到较低时（如停车）产生开裂。1.3.7材料强度、总拉应力和环境充氢电位升高，则失效时间缩短。若其它SSC影响因素都促成敏感性增加，则暴露时间很短就会引起SSC。一些敏感的设备，即使在停车时短时间接触酸性水，也会造成破坏。1.3.8使用者应确定工艺环境中的各参数是否必然会引起SSC及设备是否在本标准范围之内。使用者可通过经验、基于风险分析，或上述指导准则（特别是1.3.5.1条环境指导准则）进行确定。当这些指导准则用于确定设备是否在本标准范围之内时，宜考虑工厂所有操作状况及可能对材料造成的影响，即：正常操作、操作波动、间歇操作和开停车状况（如催化剂的预硫化等）。71.4本标准所包括的材料1.4.1本标准包括的材料抗SSC，但并不是就一定不会发生SSC。所包括的材料是基于在现场应用和/或在SSC实验室测试情况下已证明抗SSC的。1.4.2所列的材料并不是所有的都呈现相同的抗SSC水平。标准实验室的SSC测试，如NACE标准TM01777所述的，是加速的、苛刻的测试。一般而言，成功通过测试的材料比测试失败的材料在酸性环境中更耐开裂。本标准中包括的许多合金，虽然在实验室测试中发生开裂，但在实际酸性环境中应用效果良好。1.4.3设计、加工、安装或操作中的不当都会使耐SSC的材料变成对SSC敏感的材料。1.4.4本标准没有基于材料相对抗SSC性能而进行排序。对于既定的应用环境选择合适的材料，要视许多因素而定：包括机械性能、耐腐蚀性和相对抗SSC性能，这些内容不在本标准范围之内。1.5硬度要求1.5.1硬度与抗拉强度有关，是SSC敏感性的主要影响因素。