825合金在高温高压H2S/CO2环境中的应力腐蚀研究

湿H2S介质中的应力腐蚀开裂(SSCC)在炼油厂各装置中均有显现,而在脱硫装置和尾气脱硫装置中较为突出,例如,在液态烃脱硫再生塔顶冷凝器,再生塔顶酸性气体冷却系统、设备和管线以及酸性水返回双塔汽提的管线。同

825合金在高温高压H2S/CO2环境中的应力腐蚀研究

湿H2S介质中的应力腐蚀开裂(SSCC)在炼油厂各装置中均有显现,而在脱硫装置和尾气脱硫装置中较为突出,例如,在液态烃脱硫再生塔顶冷凝器,再生塔顶酸性气体冷却系统、设备和管线以及酸性水返回双塔汽提的管线。同样开采天然气田时,由于钻采集输等设备面临不同温度的H2S气体或H2S+CO2混合气体的腐蚀,以incoloy825合金为代表的耐蚀合金广泛应用于上述介质中的设备、管线系统中,因此研究其硫化氢引起的应力腐蚀(SSCC)特征,对其运行安全的可靠性非常必要。

试验用板材采用EF+AOD+ESR冶炼工艺,试验用料规格为φ266mm×800mm。在两吨锤上开坯成40mm厚板坯,在1160℃轧成5mm板,940℃×1h退火后冷轧成2mm薄板,再经940℃×1h水冷。采用进口板材进行对比试验。试样尺寸:70×10×(1.5~1.9),用SiC水砂纸逐级打磨至1000#,用蒸馏水清洗,丙酮除油。利用25MPa哈氏合金动态高温高压釜开展H2S/CO2腐蚀试验,溶液介质为15%NaCl水溶液,并向溶液中添加1g/l单质硫,试验温度175℃,H2S和CO2各为3.5MPa,试验时间为720h(30d),实验前在室温下先通2h高纯氮气除氧,然后通入H2S气体达到饱和,升温至目标温度以确保H2S分压为3.5MPa,降温至室温,通入CO2气体,再升温至目标温度,使得CO2分压达到3.5MPa,及总分压达到7MPa,要确保目标温度下H2S和CO2气体分压达到3.5MPa。腐蚀试验按GB/T15970.2-2000《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第二部分:弯梁试样的制备和应用》;按要求进行金相观察、扫描电镜观察和成分分析、表面钝化膜结构分析。试验结果表明:(1)Incoloy825板材在高温高压釜H2S/CO2介质中,170℃下30d腐蚀是很轻微的,腐蚀层增厚仅几十微米,在应力作用下,并未引起开裂,抗SSCC性能很好,自制和进口板基性能相近。(2)Incoloy825合金在空气中能自钝化,其钝化膜是由于Cr2O3和NiO组成。钝化膜厚度大于1.5nm。(3)在高温高压下的复杂介质中,钝化膜破坏失去保护作用,其基本机理为Cl-离子水溶液中钝化物的溶解,高温S的快速扩散形成硫化物,同样破坏了致密氧化物的保护作用,同时由于Incoloy825合金含有很高Cr、Ni和较多Mo、Cu的联合作用,同时由于温度比较低(170℃)硫化物作用不大,因此仅形成很薄的腐蚀层,并未引起明显的裂纹,所以对合金力学性能影响很小。(晓红)

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