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炼油装置液位计及设备的氢腐蚀、氢鼓包、氢脆和氢蚀

氢腐蚀包括:氢鼓包、氢脆和氢蚀。
    1.氢鼓包
    定义:氢原子扩散到金属内部(大部分通过器壁),在另一侧结合为氢分子逸出。如果氢原子扩散到钢内空穴,并在该处结合成氢分子,由于氢分子不能扩散,就会积累形成巨大内压,引起钢材表面鼓包甚至破裂的现象称为氢鼓包。低强钢,尤其是含大量非金属夹杂物的钢,最容易发生氢鼓包。
    产生氢鼓包的腐蚀环境:介质中通常含有硫化氢、或者砷化合物、或者氰化物、或者含磷离子等毒素。这些介质阻止了放氢反应。
    预防措施:消除毒素介质;如果不能消除,选用空穴少的镇静钢,也可采用对氢渗透低的奥氏体不锈钢。或者采用镍衬里、衬橡胶衬里、塑料保护层、玻璃钢衬里等;有时加入缓蚀剂。
    体心立方晶格的致密度为0.68(即晶格中有68%的体积被原子所占据,其余为空隙),配位数为8(配位数越大,原子排列越紧密,空隙越小);面心立方晶格和密排六方晶格的致密度为0.74,配位数为12。
    2.氢脆
    定义:在高强钢中金属晶格高度变形,氢原子进入金属后使晶格应变增大,因而降低韧性及延性,引起脆化,这种现象为氢脆。氢脆与钢内的空穴无关,所以仅仅靠使用镇静钢无效。
  预防措施:选用对氢脆不敏感的材料,如选用含Ni、Mo的合金钢。在制造过程中,尽量避免或减少氢的产生。
    3.氢蚀
    定义:在高温高压环境下,氢进入金属内与一种组分或元素产生化学反应使金属破坏,称为氢蚀。如在200℃以上氢进入低强钢内与碳化物反应生成甲烷气体,这种气体占有很大体积使金属内产生小裂缝及空穴,从而使钢变脆,在很小的形变下即破裂。这种破裂没有任何先兆,是非常危险的。
    预防措施:选用抗氢钢。可选用16MnR(HIC)、15CrMoR(相当于1Cr-0.5Mo)、14Cr1MoR(相当于1.25Cr-0.5Mo)、2Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.25V、3Cr-1Mo-0.25V等。抗氢钢中的Cr和Mo能形成稳定的碳化物,这样就减少了氢与碳结合的机会,避免了甲烷气体的产生。
    其实氢腐蚀从理论上分成三种,而实际中三种腐蚀几乎同时存在。所以遇到氢腐蚀环境(临氢环境)的设备一般按纳尔逊曲线进行选材,并要引起高度重视
抗氢材料
  能够抗氢损伤或抗氢脆的金属材料。所谓氢损伤是指金属或合金中因存在过量的氢,在张力作用下造成的损伤。其表现形式主要有氢致塑性损失、高温氢腐蚀、氢致不可逆损伤(白点、氢鼓泡、氢诱发裂纹等)、氢致滞后断裂等。氢脆指材料在内部氢或环境氢的作用下,发生脆化的现象。常用的抗氢材料有奥氏体不锈钢、沉淀强化奥氏体合金、低合金钢、铝合金及铜合金等。抗氢材料的主要特点是:面心立方结构合金的抗氢性能优于体心立方结构合金;抗氢合金只在某一温度范围对氢敏感;合金的抗氢性能与其晶粒度和应变率有关,晶粒越细,抗氢性能越好,随着应变率增加,氢脆倾向降低。抗氢材料可在高压氢(715兆帕)条件下作结构材料使用,也可用于加氢反应罐的衬里材料及制造贮氢压力容器等。

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