1、SSC 及 HIC 标准实验方法的选择和应用随着高硫高酸原油加工量的增加，硫化氢对设备的腐蚀也愈加严重，已成为石化行业较为突出的问题，特别是湿 H2S 应力腐蚀开裂和氢致开裂，所引起的事故往往是突发的、灾难性的。因此，开展 H2S 腐蚀的相关研究对于确保石化设备的安全运转以及提高石化行业的生产效率具有重大的理论和实际意义。一、基本性能研究1、输气管线环焊接头抗 HIC 性能研究氢致裂纹(Hydrogen Induced Cracking，缩写 为 HIC)，作为一种缺陷存在于管线钢及焊缝中，其对输气管线使用性能的影响至今尚无全面的认识。但大量的研究表明，HIC 对钢材的常规强度指标影响不大，但
2、 对韧性指标影响较大，会使钢材的脆性倾向增大。在四川境内含硫化氢酸性输气管线中，已经发现因 HIC 引起破裂的多起事故，给国家带来了严重的经济损失。目前，我国对管线钢正在做比较系统的抗 HIC 性能倾向研究，环焊缝在整条管 线中占相当大的比重，但我国对其焊接头抗 HIC 性能的研究还基本上处 于空白。近几年正 值我国天然气管道建设的高潮，为保证输气管线环焊缝质量的可靠性，开展对输气管线环焊接头抗 HIC 性能研究是非常必要的，研究的成果直接用于工程 实际，为输油输气管线的施工建设可提供技术保障。2、输气管道的硫化物应力腐蚀（SSC）问题早在 40 年代末，美国和法国在开发含 H2S 酸性油气田
3、时，发生了大量的硫化物应力腐蚀(Sulfide Stress Corrosion Cracking，简写 SSCC 或 SSC)事故，我国输气管道主要集中在四川省，其中 H2S 含量偏高，表 11的统计结果表明：SSC是输气管道最主要的失效形式。目前我国输送净化天然气( 即含 H2S700MPa；用于含有 H2S压力容器的焊接件接头 Sc840MPa。随材料硬度的增加，Sc 值一般减少。2.4 实验设备原理图图 5 三点弯曲实验过程示意图3、氢致开裂实验3.1 裂纹的形成氢致开裂(HIC)与 SSCC 的驱动力不同，HIC 不需要像 SSCC 那样的外力，其生成裂纹的驱动力是靠进入钢中的氢产生
4、的气压，当氢气压超过材料屈服强度时便产生变形开裂，裂纹间相互扩展连接形成阶梯型开裂(SWC) 。一般情况，H2S 腐蚀环 境用的管线钢 和压力容器钢等产品均需做 HIC 性能检测。3.2 确定对 SSC 的敏感性表 H-11 中列出的是预测碳钢设备和管线对 HIC/SOHIC 敏感性所需的数据。如果无法得知准确的工艺参数，则需请知识渊博的工艺工程师来获得最佳的估计。如果钢 板中的硫含量不知道，则需请知识渊博的材料工程师来估计钢的质量。表 H-11 分析 HIC/SOHIC-H2S 所需的基础数据基础数据 说 明是否有水存在（是或否） 确定设备和管线中是否存在游离水。不 仅在工作条件下， 还应包
5、括在开工、停工、操作波动等等情况下。水中是否存在 H2S 确定水相中的 H2S 含量。如果不能容易地得到分析结果，可以用 Petrie&Moore 方法（参考 资料 2）来估算。水的 pH 值 确定水的 pH 值。如果不能容易地得到分析结果， 则由一个经验丰富的工艺工程师来估计。是否有氰化物存在（是或否） 通过样品和（或）区域分析确定是否存在氰化物。不 仅要考 虑正常操作条件，还要考虑开工、停工及波动的情况等。钢板中的硫含量 确定制造设备的刚板的硫含量。 这可从设备的 MTR 文件中得到。如果没有，可从 ASME 或 ASME 的 U1 钢材列表中查出。钢制品的种类（板或管） 确定设备管线是板
6、材或是管材。大多数 设备均是用钢板卷制焊接而成的（如 A285、A515、A516 等等）。但是某些小直径设备是由管件制造的。大多数的小直径管是由钢管和管件制造的（如 A105、A234 等等），但大多数的大直径管（大于 16 in 的管）是由钢板卷制焊接而成的。是否进行过 PWHT（是或否） 确定是否设备/管线的所有焊 件均进行了焊后热处理。如果没有水存在，则认为设备和管线对 SCC/SOHIC 没有敏感性。如果有水存在，则用从表 H-12 中得出的有关水中的 H2S 含量和它的 pH 值的基础数据再从表 H-13 中估 计环境苛刻度（潜在的氢溶解量）。如果有氰化物存在，在 pH8.3 和
7、H2S 浓度大于 1000 ppm 时 SCC 的敏感性将增大。对于用钢板焊接或卷制而成的设备和大直径管线，用从表 H-12 中确定的环境苛刻度和表 H-11 中列出的关于钢板中硫化物含量和焊后热处理的基础数据，从表 H-13 中确定 HIC/SOHIC 的敏感性。小直径的设备和管线通常被认为HIC/SOHIC 敏感性较低，除非在它没有进行 过焊后热处理并暴露在高苛刻度环境的情况外。此情况下应认为它具有中等敏感性。图 5 是确定对 HIC/SOHIC 敏感性的步骤流程图。表 H-12 环境苛刻程度H2S 浓度水的 pH 值 50ppm50-1000ppm 1000-10000ppm10000p
8、pm 50ppm5.55.5-7.57.6-8.38.4-8.99.0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当 pH 值8.3 和 H2S 浓度高于 1000ppm 时将对 SCC 的敏感性增加一个等级。表 H-13 HIC/SOHIC 的敏感性环境劣度高硫钢 aS0.01%低硫钢 bS0.002-0.01%超低硫 钢 cS 0.002焊接 焊后热处理 焊接 焊后热处理 焊接 焊后热处理高中低高高中高中低高中低中低低中低无低低无a典型地包括 20 世纪 80 年代的早期添加了钙的 A516（HIC）钢。b典型地包括 A70、A201、A212、A2
9、85、A515 和 1990 年以前的大多数 A516。C典型地包括 20 世纪 90 年代的后期 A516（HIC）钢。图 6 确定 HIC/SOHIC 的敏感性3.3 实验样品和溶液样品长 100mm，宽 20mm，厚度为管壁厚度。管 线钢每个实验管管体和焊接接头上各取三个样品。压力容器钢母材试样按照 NACETM0284-96 标准截取，其焊接样参照管线钢焊接试样方法截取。实验采用 NACETM0284-96 或 GB8650-88 标准。两 标准都可以采用饱和 H2S 人工海水实验溶液，要求通入 H2S 前实验溶液 pH 值调至 8.1-8.3，实验结束 pH 值为 4.8-5.4 时
10、实验有效。NACE 标准还可采用标准 A 溶液，要求初始 pH 值为 2.70.1，实验结束 pH 值4.0。图 7 HIC 实验标件形貌3.4 计算方法及评定HIC 性能采用分割法，通过金相显微镜测量每个断面裂 纹的长度和厚度，然后用裂纹敏感率(CSR)、裂 纹长度率(CLR)、裂纹厚度率(CTR)三个参数来表示。国内西气东输工程用 X70 管线钢评定采用 ISO383-3：1999(E)标准，CSR2%、CLR15%、CTR5%；欧洲腐蚀协会 EFC-16 标准规定，CSR1.5%、CLR15%、CTR3%； 炼油厂家提出了更严格的标准：CSR0.5%、CLR5.0%、CTR1.5%。三
11、项目实验方案1、实验取样：恒负荷应力腐蚀实验试样 10 支；三点弯曲法试样 5 支；HIC 实验试样 5 支；2、评价试样对 SSC 和 HIC 的敏感性；3、SSC 严格按照 NACE TM0177-2005 国际标 准，采用：10 支实验试样做恒负荷应力腐蚀实验，实验时间 720 小时；5 支试样做三点弯曲法实验，实验时间720 小时； HIC 实验严格按照 NACE TM0284-2003，5 支试样做 HIC 腐蚀实验，实验时间 96 小时；4、按照 NACE TM0177-2005 和 NACE TM0284-2003 做试样的力学性能分析和晶相实验；5、通过实验数据做理论分析，论证
12、试样的力学结构和焊缝评定。四、项目经费（见下页）SSC 及 HIC 标准实验科技项目经费预算表 单位：万元序号 项目分类 预算 小 计样 品及试样取样费（20 个标件） 2恒负荷应力腐蚀实验（10 个标件， 720 小时） 10三点弯曲法实验（5 个标件，720 小时） 5HIC 腐蚀实验 （5 个标件，96 小时） 5试样晶相实验 21 实验及材料 费实验设备耗材及损耗 8322 燃料动力消耗费 1 13 科研设备费工程作业费）现场处理费（热处理加工、晶相磨片） 1条件配套费技术配套费 1技术服务费 3办公费会议费业务招待费差旅费 1会议评审费出版印刷费 0.54 其它直接费其它（其他及不可预见）6.55 人员费 1.5 1.56 管理费 1.8 1.8合 计 42.8财务部门审核意见（公章）说明：1、实验设备耗材及损耗：恒 负荷应力实验套筒实验后会 发生腐蚀， 对下次实验将造成安全隐患，损耗大必须更换。
