炼油厂和石化工厂高温高压氢气用钢

编者按:以下资料来自美国石油学会。广泛应用于石油炼制、石油化工等行业的设备管理HTHA服务，并可在公共领域。欲了解更多信息，请访问API网站www.API.org

本推荐做法(RP)总结了实验测试的结果和从运行装置中获得的实际数据，以确定在高温和压力下氢气应用的碳素钢和低合金钢的实际操作极限。讨论了高应力、热处理、化学成分和包覆对钢在高温高压下抗氢性能的影响。这种RP不能解决钢在较低温度下(低于400°F(204°C))的抗氢性，在此温度下，由于电化学机制，原子氢进入钢中。

该RP适用于炼油厂、石化设施和化学设施中的设备，在这些设备中，氢或含氢流体在高温高压下进行处理。该RP中的指南也适用于加氢工厂，如生产氨、甲醇、食用油和高级醇的工厂。

加氢过程通常要求的标准和材料在石油工业的其他操作中可能得不到保证。在一定的高温和氢分压的作用下，碳钢会发生化学和冶金方面的变化，在后期会使其不适合安全操作。在这种条件下可以使用含铬和钼的合金钢。

在本RP中讨论的钢在给定的指导方针内操作时可以抵抗高温氢腐蚀(HTHA)。然而，它们可能对工艺流中存在的其他腐蚀性或在高温tha范围内运行的其他冶金损伤机制不具有抵抗力。该RP也没有解决金属在高温高压氢气服务后快速冷却可能造成的损害问题(例如可能需要排气氢处理反应堆)。本RP将只详细讨论钢对高温高压tha的抗力。

本文给出的曲线表明了碳钢和Cr-Mo钢在高温氢气应用中满足性能的温度和氢分压的操作极限。此外，它还包括对设备是否存在HTHA进行评估的检验方法的总结。

API TR 941，修订版/版本:8 - 9/00/08 RP 941的技术基础文件

综述了半个世纪以来关于氢侵蚀的全面研究报告。主要研究人员对API RP 941中提出的曲线建模所需的信息达成了一致。然而，他们得出的结论是，对关键的、非常复杂的材料特性和性能输入进行量化是不可能的。因此，从第一原则预测攻击极限仍然是难以捉摸的。利用事后的经验，对API RP 941中的曲线进行了解释。一系列合理的假设似乎证明了尼尔森的碳和低合金钢线的位置。

本文提出的方法应用于这些普通钢，并与经验建立的攻击阈值趋势一致。这是基于一个明显且长期存在的概念，即如果与材料的强度相比，空隙中的甲烷压力较低，或者甲烷形成反应速率较低，则不会发生侵蚀。该方法是灵活的，可以应用于所有的碳和低合金钢。它也可以作为一个起点来估计施加压力对时间依赖性行为的影响。

将这些模型应用于炼油厂设备，特别是复层部件，取得了较好的效果。铁素体和奥氏体不锈钢覆盖层和包层显然是有效的。然而，由于氢的扩散率、溶解度、吸收率和通量以及应力和材料强度的影响的不确定性，这些原则的实际实施受到阻碍。

成功模拟氢侵蚀的障碍之一是缺乏热处理后残留在溶液中的碳和合金元素的相关浓度和活性的知识。此外，关于空穴成核和甲烷在空穴中形成反应的速率的细节知识也很少。晶界的局部成分和碳化物的成分可能是重要的，但尚不确定。氢侵蚀损伤演化的方式和速率尚未得到定量研究。

攻击边界的预测是困难的,因为材料不同年级的重要方面和那些在服务从未完全攻击特征(详见附录一)。系统的实验室研究热处理的影响和压力可以在这里提供的结论建立信心为生命评估和风险评估提供有价值的信息。