SSC 及 HIC 標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備的腐蝕也愈加嚴重， 已成為石化行業(yè)較為突出的問題， 特別是濕 H2S 應(yīng)力腐蝕開裂和氫致開裂， 所引 起的事故往往是突發(fā)的、 災(zāi)難性的。 因此， 開展 H2S 腐蝕的相關(guān)研究對于確保石化設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)以及提高石化行業(yè)的生產(chǎn)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(huán)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(guī)強度指標(biāo)影響不大， 但對韌性指標(biāo)影響較大，會使鋼材的脆性傾向增大。 在四川境內(nèi)含硫化氫酸性輸氣管線中， 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)因HIC 引 起破裂的多起事故， 給國家?guī)砹?嚴重的經(jīng)濟損失。 目 前， 我國對管線鋼正在做比較系統(tǒng)的抗 HIC 性能傾向研究， 環(huán)焊縫在整條管線中占相當(dāng)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道建設(shè)的高潮， 為保證輸氣管線環(huán)焊縫質(zhì)量的可靠性， 開展對輸氣管線環(huán)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(shè)可提供技術(shù)保障。

2、 輸氣管道的硫化物應(yīng)力腐蝕（ SSC） 問題

早在 40 年代末， 美國和法國在開發(fā)含 H2S 酸性油氣田時， 發(fā)生了 大量的硫化物應(yīng)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(tǒng)計結(jié)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(shù)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(fā)生SSC 的條件。 加上管材質(zhì)量性能不佳， 使輸氣干線破裂事故不斷。 根據(jù) 1993 年一份報告的統(tǒng)計， 到 1993 年底， 四川石油管理局輸氣公司經(jīng)管的輸氣干線共發(fā)生 78 次因 H2S 偏高引 起的 SSC 破裂事故。 四川石油管理局川東開發(fā)公司經(jīng)管的

輸氣干線， 共發(fā)生 28 次 SSC 破裂事故， 如: 威成線(φ 630× 8mm, 16Mn 螺旋埋弧焊管) 1968 年 9 月 投產(chǎn)， 1971 年在同一位置上， 先后發(fā)生兩次 SSC 斷裂事故；佛納線(φ 720× 8mm， 16Mn 螺旋埋弧焊管) 1978 年投產(chǎn)， 輸送低含 H2S 的天然氣，H2S 的最高含量可達 400～ 500mg/m3， 天然氣中 H2S 分壓達到 0. 0003MPa 或更高，1979 年 8 月 至 1987 年 3 月 共發(fā)生 12 次 SSC 爆管事故， 破裂均起源于螺旋焊縫，總共損失 700 多萬元。 據(jù)測四川氣田產(chǎn)出的天然氣中有 70%以上含有 H2S 和 CO2，其中多數(shù)氣井 H2S 含量為 1%～ 13%。 濕 H2S 對鋼材有很強的腐蝕性。 由此可見，在開發(fā)富含 H2S 酸性油氣田過程中， 為防止 H2S 腐蝕破裂， 了 解有關(guān) H2S 腐蝕問題， 對采取經(jīng)濟、 可靠的防護措施是很必要的， 如擬建的出川輸氣管道工程項目 ， 必須進行抗 H2S 應(yīng)力腐蝕試驗。

二 實驗方法的選擇與應(yīng)用

按照 SSC 和 HIC 測試的區(qū)別， 依據(jù)美國腐蝕工程師協(xié)會推薦使用 NACE 國際測試標(biāo)準(zhǔn)， SSC 測試主要采用恒負荷應(yīng)力腐蝕實驗和三點彎曲法測試實驗， 主要依據(jù) NACE TM0177-2005。 HIC 測試主要采用依據(jù) NACE TM0284-2003， 該標(biāo)準(zhǔn)均

為目 前世界最新且通用標(biāo)準(zhǔn)。

1、 恒負荷應(yīng)力腐蝕實驗

1. 1 方法的適用性

在硫化物腐蝕環(huán)境和靜態(tài)拉應(yīng)力同時作用下產(chǎn)生的開裂稱硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSC) 。 模擬由外力或應(yīng)力引 起的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的實驗， 可作為壓力容器等產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)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(xié)會 NACE TM0177 標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量濃度約 3250mg/L）， 配制時應(yīng)注意使用冰乙酸（ 冰醋酸）， 其積體分數(shù)為 99. 5%。 當(dāng)強調(diào)選用與實際工況條件相同的環(huán)境溶液時， 可采用歐洲腐蝕協(xié)會 EFC 標(biāo)準(zhǔn)， 這時規(guī)定碳鋼和低合金鋼 H 2 S 應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)中的 B 法， 即在恒應(yīng)變下的三點彎曲應(yīng)力下進行腐蝕實驗， 與恒負 荷法相比， 具有實驗周期短、 數(shù)據(jù)分散性小、 設(shè)備簡單等優(yōu)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(yīng)力Sc 值是材料發(fā)生 H 2 S 應(yīng)力腐蝕開裂的幾率為 50%時的應(yīng)力值， 僅表示被測實驗材料抗 H 2 S 應(yīng)力腐蝕開裂性能的優(yōu)劣。 (實驗采用長 67. 3mm、寬 4. 57mm 、厚 1. 52mm、帶有二個φ 0. 71 應(yīng)力集中孔的試樣， 試樣在應(yīng)力環(huán)上加載， 一般需要 12~16 個試樣來確定材料的臨界應(yīng)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(yīng)力 S 值在預(yù)計的范圍內(nèi)， 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(qū)動力不同， HIC 不需要像 SSCC 那樣的外力， 其生成裂紋的驅(qū)動力是靠進入鋼中的氫產(chǎn)生的氣壓， 當(dāng)氫氣壓超過材料屈服強度時便產(chǎn)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(huán)境用的管線鋼和壓力容器鋼等產(chǎn)品均需做 HIC 性能檢測。

涉及測試：

ssc測試

hic測試