SSC及 HIC標準實驗方法的選擇

發布時間：2022-05-17 來源：容大檢測瀏覽量：1432次

導讀：SSC檢測,SSC試驗,SSC檢測,HIC測試—容大檢測

SSC 及 HIC 標準實驗方法的選擇

隨著高硫高酸原油加工量的增加，硫化氫對設備的腐蝕也愈加嚴重，已成為石化行業較為突出的問題，特別是濕 H2S 應力腐蝕開裂和氫致開裂，所引起的事故往往是突發的、災難性的。因此，開展 H2S 腐蝕的相關研究對于確保石化設備的安全運轉以及提高石化行業的生產效率具有重大的理論和實際意義。

一、基本性能研究

1、輸氣管線環焊接頭抗 HIC 性能研究

氫致裂紋(Hydrogen Induced Cracking，縮寫為 HIC) ，作為一種缺陷存在于管線鋼及焊縫中，其對輸氣管線使用性能的影響至今尚無全面的認識。但大量的研究表明， HIC 對鋼材的常規強度指標影響不大，但對韌性指標影響較大，會使鋼材的脆性傾向增大。在四川境內含硫化氫酸性輸氣管線中，已經發現因HIC 引起破裂的多起事故，給國家帶來了嚴重的經濟損失。目前，我國對管線鋼正在做比較系統的抗 HIC 性能傾向研究，環焊縫在整條管線中占相當大的比重，但我國對其焊接頭抗 HIC 性能的研究還基本上處于空白。近幾年正值我國天然氣管建設的高潮，為保證輸氣管線環焊縫質量的可靠性，開展對輸氣管線環焊接頭抗 HIC 性能研究是非常必要的，研究的成果直接用于工程實際，為輸油輸氣管線的施工建設可提供技術保障。

2、輸氣管道的硫化物應力腐蝕（ SSC）問題

早在 40 年代末，美國和法國在開發含 H2S 酸性油氣田時，發生了大量的硫化物應力腐蝕(Sulfide Stress Corrosion Cracking，簡寫 SSCC 或 SSC) 事故，我國輸氣管道主要集中在四川省，其中 H2S 含量偏高，表 1[1] 的統計結果表明：SSC 是輸氣管道最主要的失效形式。目前我國輸送凈化天然氣(即含 H2S<20mg/m3)的輸氣干線，絕大多數采用 16Mn、 X56、 X60 等級螺旋縫埋弧焊管，輸送含 H2S脫水干氣采用大口徑 20 號鋼無縫鋼管。由于管輸天然氣中 H2S 的含量偏高，最高可達 400～ 500mg/m3，使天然氣中 H2S 分壓達 0. 0003MPa 或更高，具備了發生SSC 的條件。加上管材質量性能不佳，使輸氣干線破裂事故不斷。

二實驗方法的選擇與應用

按照 SSC 和 HIC 測試的區別，依據美國腐蝕工程師協會推薦使用 NACE 國際測試標準， SSC 測試主要采用恒負荷應力腐蝕實驗和三點彎曲法測試實驗，主要依據 NACE TM0177-2005。 HIC 測試主要采用依據 NACE TM0284-2003，該標準均為目前世界最新且通用標準。

1、恒負荷應力腐蝕實驗

1. 1 方法的適用性

在硫化物腐蝕環境和靜態拉應力同時作用下產生的開裂稱硫化物應力腐蝕開裂(SSC) 。模擬由外力或應力引起的硫化物應力腐蝕開裂的實驗，可作為壓力容器等產品的標準檢驗方法，同時可研究 H 2 S 對不同材料和不同工藝性能的影響。一般情況推薦使用美國腐蝕工程師協會 NACE TM0177 標準中的 A 法，即恒負荷拉伸實驗法，實驗采用飽和的 H 2 S 水溶液（質量濃度約 3250mg/L），配制時應注意使用冰乙酸（冰醋酸），其積體分數為 99. 5%。當強調選用與實際工況條件相同的環境溶液時，可采用歐洲腐蝕協會 EFC 標準，這時規定碳鋼和低合金鋼 H 2 S 應力腐蝕開裂門坎值σ th ≥ 0. 9σ s 為合格。

2、三點彎曲法

2. 1 三點彎曲法特點

實驗采用 NACE TM0177 標準中的 B 法，即在恒應變下的三點彎曲應力下進行腐蝕實驗，與恒負荷法相比，具有實驗周期短、數據分散性小、設備簡單等優點，適用于抗 H 2 S 材料研制過程中的篩選對比實驗。實驗中使用的名義應力Sc 值是材料發生 H 2 S 應力腐蝕開裂的幾率為 50%時的應力值，僅表示被測實驗材料抗 H 2 S 應力腐蝕開裂性能的優劣。 (實驗采用長 67. 3mm、寬 4. 57mm 、厚 1. 52mm、帶有二個φ 0. 71 應力集中孔的試樣，試樣在應力環上加載，一般需要 12~16 個試樣來確定材料的臨界應力值 Sc。 Sc 值隨材料硬度的增加而減少，開始實驗時，取名義應力 S 值在預計的范圍內，確定試樣開裂與未開裂的范圍，然后逐步減小試樣開裂與未開裂的范圍并求出 Sc 值。

3、氫致開裂實驗

3. 1 裂紋的形成

氫致開裂(HIC) 與 SSCC 的驅動力不同， HIC 不需要像 SSCC 那樣的外力，其生成裂紋的驅動力是靠進入鋼中的氫產生的氣壓，當氫氣壓超過材料屈服強度時便產生變形開裂，裂紋間相互擴展連接形成階梯型開裂(SWC) 。一般情況， H 2 S腐蝕環境用的管線鋼和壓力容器鋼等產品均需做 HIC 性能檢測。

應力環