浅谈石油化工液化气球罐低温湿硫化氢应力腐蚀开裂原因

浅谈石油化工液化气球罐低温湿硫化氢应力腐蚀开裂原因

      石油化工液化气球罐在理化检验时，经常发现其焊缝热影响区产生裂纹，罐壁有大量的铁锈，说明球罐在使用过程中发生了腐蚀。

1、 易产生湿H2S应力腐蚀开裂（SSCC）腐蚀环境

      同时符合以下各项条件时即为SSCC环境。

      ⑴ 温度≤（60+2P）℃ ，P为工作压力（表压，MPa）；

      ⑵ H2S在常温水中的溶解度约10PPm；

      ⑶ 介质中含有液相水或处于露点温度以下；

      ⑷ pH值小于9或介质中有氰化物存在。

2、原因分析

       SSCC在工程上是一种常见的严重破坏现象，是由于在金属表面上进行的硫化腐蚀过程中产生了氢原子而发生的氢应力开裂。是石油化工等领域危害极大的一种设备失效形式。

       应力导向氢致开裂是在应力引导下，在夹杂物与缺陷处因氢聚集而形成成排的小裂纹沿着垂直于应力的方向发展。它通常发生在焊接接头的热影响区及高应力集中区，如接管处、几何突变处、裂纹状缺陷处或应力腐蚀开裂处等。湿硫化氢对容器的损伤过程如下：

       硫化氢在水中逐步发生水解反应：

                       H2S ≒ H+ + HS－

                       HS－ ≒  H++S2－

       水解后的硫化氢水溶液与钢的表面接触所发生电化学反应，反应过程如下：

       阳极反应：               Fe ＝ Fe2+ + 2e

       阳极反应产物为：    F2+  + S2－ ＝ FeS

       阴极反应：              2H+ + 2e ＝ 2H （渗透）

       总反应为：              Fe+ H2S ＝ FeS + 2H （渗透）

        在湿硫化氢环境中钢发生电化学腐蚀过程中产生的氢原子进入钢中，并在钢的内部缺陷部位(主要是非金属夹杂物与金属基体的界面)聚集成氢分子，使局部压力升高到104MPa。这样会使金属内部缺陷处发生开裂。

       为什么说有时硫化氢不超标也会发生湿硫化氢应力腐蚀开裂，因为当球罐长期使用过程中，金属表面因腐蚀而生成锈蚀产物。这些锈蚀产物可以吸收较多的硫化物，使金属表面锈蚀产物硫化物浓度提高。这样就可以发生应力腐蚀开裂现象。也就是说H2S含量为1ppm这样小浓度的水中也发现对SSCC有敏感性。

石油化工液化气球罐的湿硫化氢应力腐蚀开裂，主要是由于在特定的环境条件下，如低温、湿气含量高、硫化氢浓度高等情况下，容易出现湿硫化氢应力腐蚀开裂（SSCC）的问题。

SSCC主要是因为在金属表面的硫化腐蚀过程中，产生的氢原子在应力的作用下引发开裂，通常发生在焊接接头的热影响区及应力集中区。在硫化氢水溶液与钢的表面接触发生电化学反应过程中，阴极反应会产生大量的氢气，进一步进入钢内部并在钢内部的缺陷部位集中，导致局部压力上升，进而发生开裂。此外，长期使用的球罐内，金属表面因腐蚀生成的锈蚀产物能吸收较多的硫化物，使得硫化物浓度提高，也会加重开裂现象。

为了防止这种现象的发生，需要定期对球罐进行检查和维护，合理控制工作环境的温度、湿度和硫化氢浓度，以保持金属的稳定，防止因湿硫化氢应力腐蚀而引发的开裂。
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