炼油厂固定设备腐蚀机理

炼油厂固定设备腐蚀机理顾望平国家压力容器与压力管道安全技术研究中心（合肥通用机械研究院）2006-11-301mmgwp@163.com主要参考文献API581-2000“基于风险的检验”APIRP580-2002“基于风险的检测”API571-2003“炼油厂固定设备腐蚀机理”日本石油学会“石油炼制装置的材料选择”化学工业出版社“石油工业中的腐蚀与防护”2006-11-302mmgwp@163.com腐蚀机理机械和冶金故障均匀或局部厚度损失高温腐蚀环境促进开裂

2006-11-303mmgwp@163.comAPI571炼油厂固定设备腐蚀机理序号腐蚀类型序号腐蚀类型1硫腐蚀10高温氢腐蚀2湿硫化氢腐蚀11氧化3蠕变/应力破断12热疲劳4高温H2/H2S腐蚀13酸性水腐蚀（酸性）5连多硫酸腐蚀14耐热衬里退化6环烷酸腐蚀15石墨化7二硫化氨腐蚀16回火脆化8氯化氨腐蚀17脱碳9盐酸腐蚀18苛性碱开裂2006-11-304mmgwp@163.com序号腐蚀类型序号腐蚀类型19苛性碱腐蚀30短时过热——应力开裂20侵蚀/冲蚀31脆性断裂21碳酸盐应力腐蚀开裂32σ相/X相脆化22胺开裂33475℃脆化23氯应力腐蚀开裂34石墨化24渗碳35再热裂纹25氢脆36硫酸腐蚀2637HF腐蚀27热冲击38烟气露点腐蚀28汽蚀39异金属焊缝裂纹29石墨腐蚀40氢致裂纹（HF）2006-11-305mmgwp@163.com序号腐蚀类型序号腐蚀类型41脱金属（脱锌/脱镍53电化学腐蚀42CO2腐蚀54机械疲劳43腐蚀疲劳55氮化44烟灰腐蚀56振动疲劳45胺腐蚀57钛氢化46保温层下腐蚀58土壤腐蚀47大气腐蚀59金属粉化48氨应力腐蚀开裂60应力老化49冷却水腐蚀61蒸汽阻滞50锅炉水/冷凝水腐蚀62磷酸腐蚀51微生物腐蚀63苯酚(石碳酸)腐蚀52液态金属脆化2006-11-306mmgwp@163.com１机械和冶金失效机理

2006-11-307mmgwp@163.com某些碳钢和0.5Mo钢在427℃～593℃范围下长期运行后钢中的碳化物相分解成石墨球，导致强度、延展性和/或抗蠕变能力丧失。影响因素１）化学成分、应力、温度和暴露时间。２）石墨化不容易被发现。有些炭钢石墨化不敏感的确切原因还不清楚。３）石墨化在含Mo到1%的低合金C-Mo钢中有发现。添加0.7%的Cr可以消除石墨化。４）低于427℃速度十分慢。随温度升高速度加快。５）有两种类型的石墨化,第一种是随机的石墨化，石墨瘤在金属中随机分布。而这种石墨化会降低室温拉伸强度，它通常不会降低耐蠕变性能。机械与冶金失效机理石墨化１/622006-11-308mmgwp@163.com６）第二种是更有害的石墨化，形成浓缩的石墨瘤链或局部层。会造成耐负荷能力的明显降低，增加沿平面脆性开裂的可能性。这种石墨化的两种形式是焊缝热影响区石墨化和无焊接石墨化a,焊接热影响区石墨化通常发现在临近焊缝的窄的热影响区部位，与热影响区的低温边有关。在多路焊接的对接接头，这些区相互重叠，覆盖了整个横截面。石墨瘤可以在这些热影响区的低温边缘形成，导致贫石墨带沿这个截面扩展。因为它的外观，被称为眉毛石墨化。b,无焊接石墨化是一种局部石墨化，有时沿钢铁的局部屈服点发生。它也会在由于冷加工操作或弯曲造成的明显塑性变形的区域以链状发生。７）石墨化的程度和范围通常以定性的方式来报道（没有、轻微、中等、严重）。尽管很难预测它形成的速度，当操作温度高于538℃时，仅5年就会发生严重的热影响区石墨化。在454℃时，经过30到40年会发现非常轻微的石墨化。石墨化2006-11-309mmgwp@163.com受影响部位１）FCC、重整和焦化装置主要的热管线和设备。２）贝氏体牌号的敏感性比粗珠光体牌号低。３）在炼油厂，很少有直接由于石墨化造成的失效。严重的案例发生在FCC装置的反应器、管道和废热锅炉；热裂化装置的碳钢炉管。在0.5Mo的重整反应器/中间加热器管线的焊缝也发现了石墨化失效。４）热影响区发生浓缩眉毛石墨化的部位，蠕变断裂强度会大大降低。热影响区的轻微或中度石墨化不会明显降低室温或高温性能。５）石墨化极少发生在锅炉表面管，但是确实在19世纪40年代发生在低合金C-0.5Mo管和管箱上。操作温度在441-552℃范围内的省煤器管束、蒸汽管线和其它设备更容易遭受石墨化腐蚀。损伤的外观或形貌１）只能用金相发现。石墨化2006-11-3010mmgwp@163.com２）与蠕变强度有关的损伤的后期，可能有微裂缝/微孔的形成、表面下开裂或表面接触开裂。预防与减缓：含铬低合金钢可防止石墨化。

检验和监测１）取试样的整个厚度作金相分析。损伤也可能发生在壁厚的中间。２）深度损伤阶段包括可能难以检测到的表面裂纹或蠕变变形。

石墨化石墨瘤碳钢的典型铁素体-珠光体正常组织2006-11-3011mmgwp@163.com机械与冶金失效机理软化(球化作用)钢铁暴露在440-760℃范围内微观组织发生变化，碳钢中的碳化物相变不稳定，从常规的平面形状聚集成球状，或从低合金钢如1Cr-0.5Mo中小的、细微分散的碳化物转变成大的块状碳化物。球化会造成强度和/或耐蠕变性能的损失。受影响材料：碳钢和低合金钢，包括C-0.5Mo，1Cr-0.5Mo，1.25Cr-0.5Mo，2.25Cr-1Mo。影响因素１）化学成分、微观组织、暴露时间和温度。２）球化的速度取决于温度和初始微观组织。球化在552℃下可以在几小时内发生，但是在454℃下需要几年。３）退火钢比常见钢更耐球化。粗晶粒钢比细晶粒钢更耐蚀。细晶粒硅镇静钢比铝镇静钢更耐蚀。2/622006-11-3012mmgwp@163.com受影响部位１）球化可发生在454℃以上的管道和设备中。强度损失可能高达30%左右，但失效不大可能发生，除非在很高的外加应力下。２）强度的损失伴随着韧性的增加，使得在应力集中时发生变形。３）影响FCC、重整和焦化装置中的热壁管线和设备。锅炉或工艺装置中的加热炉管会遭受蠕变强度的损失，但是通常设备很少因球化而进行更新或修复。损伤外观或形貌１）只能通过金相发现。珠光体经过长时间的转变，由片状变为完全球化。２）对于5%-9%CrMo合金，球化是碳化物从初始的细微分散形貌向大的块状碳化物转化的过程。软化(球化作用)2006-11-3013mmgwp@163.com软化(球化作用)碳钢的典型铁体-珠光体正常结构球化碳化物

2006-11-3014mmgwp@163.com长期暴露在343℃至593℃范围内、某些低合金钢中发生的金相变化而导致的韧性降低，由夏式冲击试验测定的韧性-脆性转变温度升高。在操作温度下韧性的损失不明显，可能开车和停车过程中容易受到脆性断裂失效受影响材料：１）主要是2.25Cr-1Mo低合金钢，3Cr-1Mo(在较小程度)和高强度低合金Cr-Mo-V转子钢。２）1972年前制造的2.25Cr-1Mo设备尤为敏感；３）C-0.5Mo和1.25Cr-0.5Mo

合金钢受回火脆化的影响不明显。但是，其它由于高温损伤造成的金相变化可能会改变这些材料的韧性或高温延展性。机械与冶金失效机理回火脆化3/622006-11-3015mmgwp@163.com影响因素１）合金组成、热经历、金属温度和暴露时间。２）敏感性主要是由于合金元素Mg和Si及少量元素P、锡、锑、砷的存在决定的。强度水平和热处理/制造过程也需要考虑。３）2.25Cr-1Mo钢的回火脆化在482℃比在427-440℃范围内发展得要快，但是长期暴露在440℃下的损伤更严重。４）多数损伤发生在在脆化温度范围内服役多年后。有些在制造热处理过程中发生.５）材料韧性的评价需要考虑缺陷类型、环境的严重程度、操作条件，尤其是在氢环境中。受影响部位１）很少工厂失效是由回火脆化直接导致的。２）加氢装置反应器、热进料/流出物换热器部件和热高压分离器。其它装置有重整装置（反应器和换热器）、FCC反应器、焦化和减粘裂化装置。回火脆化2006-11-3016mmgwp@163.com３）焊缝通常比基体金属更容易发生回火脆化.损伤外观或形貌１）回火脆化是一种金相变化，通过冲击实验来确认。２）夏式V形切口冲击实验测定出的韧性-脆性转变温度上限来确定，要和未脆化的或消除脆化的材料进行对比。回火脆化的另一个重要特征是对上平台能量没有影响。预防与减缓１）现有材料a,如果材料含有临界水平的脆化杂质元素，并且暴露于脆化温度范围内，则不能防止回火脆化

回火脆化40-ft-lb转变温度中一个转变的温度有关的夏普V形缺口韧性图2006-11-3017mmgwp@163.comb,为降低开停工过程中的脆断可能性，炼油厂使用了热态增压步骤，限制系统压力在温度低于最小增加温度（MPT）时达到大约25%的最大设计压力。c,（MPT）范围从最早的171℃，降低到新的耐回火脆化钢（也用于降低氢脆的影响）的38℃或更低。d,如果需要焊缝修补，回火脆化的影响可以通过加热到620℃来临时逆转（脱脆化），时间为每英寸厚度2小时，然后快速冷却到室温，如果再次暴露在脆化温度范围内，再脆化会随时间延续而发生。２）新材料a,限制基体金属和焊缝中Mg、Si、P、锡、锑、砷的允许含量。另外，强度水平和PWHT步骤应当确定并仔细控制。b,限制基体金属的“J*”因子和焊接金属的“X”因子：J*=（Si+Mn）×（P+Sn）×104（元素以wt%计）X=（10P+5Sb+4Sn+As）/100（元素以ppm计）

回火脆化2006-11-3018mmgwp@163.comc,2.25Cr钢的典型J*和X分别为100和15。研究表明，限制（P+Sn）低于0.01%就足以降低回火脆化，因为（Si+Mn）控制着脆化速度。d,应当考虑材料专家的建议，以确定可以接受的组成，韧性和强度水平，以及新低合金钢厚壁设备和在蠕变范围内操作的低合金钢设备的适当的焊接、制造、热处理步骤。检验和监测1)检测的常用方法是在反应器内安装和合金材料原始处理过程一致的试块。定期取出试块进行冲击试验以监测回火脆化的进度或确定是否需要采取修复。2)严格按照操作规程的热态开停工步骤操作。回火脆化2006-11-3019mmgwp@163.com在一中间温度下变形和老化的共同作用下，多见于较老的碳钢及C-0.5钼低合金钢的一种损伤形式。它将导致硬度和强度增加，而延展性及韧性降低。未经过消除应力的较老的具有大晶粒的碳钢及Ｃ-0.5钼低合金钢敏感材料制成的厚壁容器上最可能发生。影响因素１）钢铁成分和制造工艺决定了敏感性。２）酸性转炉或平炉制造的钢比氧气顶吹转炉（BOF）炼制的钢杂质元素含量高。３）

一般，碱性氧气炼钢炉生产、并用铝完全脱氧的钢不易受到影响。４）应变老化效应在被冷加工，没有经过消除应力就投入中间温度下使用的材料中发现。机械与冶金失效机理应变老化4/622006-11-3020mmgwp@163.com５）含裂纹设备的应变老化是个问题。如果敏感材料经过塑性变形，并暴露于中间温度下，则已变形的区域的材料将变硬，且延展性降低。６）热态开停工增压顺序可防止敏感性材料发生脆性断裂。７）应变老化通过金相分析可以发现，但是早期通常不会被认为是应变老化。预防和减缓１）含较低含量杂质元素和有Al（>0.015wt%）完全脱氧的较新钢种没有问题。２）较老的设备，应格外小心通过避免对设备受载荷，直到金属温度达到许可水平。３）敏感性材料的焊接修复前要进行热处理。对不可能采用热处理的场合，采取预堆边焊以尽量减少受约束的老式材料的焊接。应变老化2006-11-3021mmgwp@163.com机械与冶金失效机理(475℃脆化暴露于316℃～540℃范围内在含铁素体相的合金中发生金相变化引起的硬度增加，韧性损失；受影响材料１）400SS系列(例如：405、409、410、410S、430以及446)。２）合金2205、2304和2507等双相不锈钢。３）含铁素体，特别是含焊缝和堆焊层的300系列锻造和铸造不锈钢。影响因素。１）合金成分，尤其是Cr含量，铁素体的量，操作温度。２）铁素体量的增加会增加了高温下操作的损伤敏感性。造成韧性-脆性转化温度的明显增加。３）损伤是累积的，在475℃以下时，需要更多的时间来达到最大的脆化。例如，在316℃时，需要数千小时。5/622006-11-3022mmgwp@163.com４）在装置停车、开工或严重异常较低温度下影响韧性明显。５）在更高温度的回火或通过停留在转换温度范围内或在转换温度范围内冷却造成了脆化。受影响部位１）有敏感材料暴露在脆化温度范围的装置都会发生。２）大多数炼油厂限制铁素体不锈钢的使用，仅用在无压力界限。３）常见的案例包括FCC、常减压、焦化装置中的高温容器内构件和分馏塔塔盘。如：对409和410材料的塔盘进行焊接、弯曲和加压时造成的裂纹（通常发生在减压塔这种材料中）。４）双相钢换热器管束和长时间暴露在316℃以上温度的部件。５）很难通过金相来观察，但可以通过弯曲和冲击试验来确认。也可以通过受影响区硬度的增加来判断。

(475℃脆化2006-11-3023mmgwp@163.com预防和减缓

１）使用低铁素体或无铁素体的合金，或避免将敏感材料暴露到脆化范围内。２）改变合金的化学成分来降低脆化的影响。３）脆化通过热处理来溶解析出物，然后快速冷却是可逆的。去脆化热处理的温度一般为593℃或更高。如果去脆化部件暴露于相同的使用条件，其重脆化速度将比初始脆化速度更快。检验和监测１）取样进行的冲击和弯曲试验。２）大部分脆化情况是在检修期间或开车或停车期间当材料处在低于大约93℃时以开裂形式发现。３）硬度测定。(475℃脆化2006-11-3024mmgwp@163.comHV℃475℃HB小时2006-11-3025mmgwp@163.com在538℃～954℃范围的铁素体(Fe-Cr)、马氏体(Fe-Cr)、奥氏体(Fe-Cr-Ni)以及双相不锈钢中发生σ相硬脆组织；导致断裂韧性损失；受影响材料１）300系列不锈钢锻造金属、焊接金属以及铸件（HK/KP）。２）400系列和含17%或更高的铬的铁素体和马氏体不锈钢也很敏感；３）双相不锈钢。影响因素１）合金成分、时间和温度。２）对于敏感合金，主要因素是暴露高的温度环境中的时间。３）当铁素体、马氏体、奥氏体和双相不锈钢暴露在538-954℃范围内时容易产生δ相。４）σ相从焊接熔敷金属中的铁素体相最快速地形成。它还可在300系列不锈钢母材(奥氏体相)中形成，但通常形成速度更慢些。机械与冶金失效机理σ(σ相脆化6/622006-11-3026mmgwp@163.com５）300系列可以有10-15%的δ相。铸造奥氏体不锈钢会生成更多的δ相。６）如果奥氏体不锈钢采用690℃焊后热处理，δ相可以在几小时内生成。７）与固溶退火材料相比，σ化不锈钢的拉伸及屈服强度稍有增加。延展性的降低和硬度的略微增加。８）具有σ相的不锈钢通常可承受正常运行应力，但在冷却到低于大约260℃的温度时，可能表现出完全缺乏断裂韧性。９）坚硬、脆性σ化合物可使材料对晶间腐蚀更敏感。析出速率随铬和钼含量的增加而增加。影响部位：１）常见是FCC再生器中的不锈钢旋风分离器、管线系统和阀门。２）在对铬钼基底金属进行焊后热处理期间，300系列不锈钢堆焊层和管-管板连接焊缝可能被脆化。３）不锈钢加热炉管是敏感的，且可能被脆化。σ相脆化2006-11-3027mmgwp@163.com损伤外观和形貌１）通过金相检查及冲击试验得到证实的金相变化２）以开裂形式出现，在焊缝或高约束区尤为显著。３）FCC装置再生器内件的σ化304H试样进行的试验已经表明，在10%σ相形成时，夏比冲击韧性在649℃下为3953J。４）铸造奥氏体不锈钢一般具有高的铁素体/σ含量(达40%)，且可能具有很差的高温延展性

预防和减缓：１）300系列不锈钢固溶化处理、２）347型不锈钢的铁素体含量控制在5%～9%范围和控制304不锈钢的铁素体含量稍微少一些将焊缝中的σ相降到最少。３）有堆焊层设备，限制焊后热处理温度下的暴露时间；４）在装置检修、开车或停车期间减少冲击力；

σ相脆化2006-11-3028mmgwp@163.comσ相脆化304SS2%σ321SS10%σ304SS1%σ304SS２%σ347SS1%σ试验温度%冲击%剪切%冲击%剪切%冲击%剪切%冲击%剪切%冲击%剪切21℃21070––21103090260℃38251020––––100100480℃445015402010––100100650℃63100216071907790100100

韧性-温度的性能趋势数据

检查和监测１）多数铸造和锻造（焊接的）金属在运行或开停工期间的脆断以裂纹的形式发生，当温度低于260℃时，脆断的影响最明显。２）取样检查。2006-11-3029mmgwp@163.com是一个在应力（残余或外加）作用下的突然快速断裂，材料几乎没有延展或塑性变形。碳钢和低合金钢是主要问题，尤其是较早期的钢。400系列不锈钢也很敏感。影响因素１）满足三个因素时，会发生脆性断裂：

a,夏比冲击试验中测量的材料断裂韧性(抗裂纹类缺陷)。

b,缺陷尺寸﹑形状和应力集中作用。

c,缺陷上残余应力量和外加应力量。２）脆化相的存在会增加敏感性。

３）钢的纯净度及晶粒大小对韧性和抗脆性断裂能力具有重大影响。４）厚壁材料横截面耐脆性断裂性能较低，因为高的约束力会增加裂纹尖端的三维应力。机械与冶金失效机理脆性断裂7/622006-11-3030mmgwp@163.com５）大多数情况下，脆性断裂仅发生在低于夏比冲击转变温度(或延性向脆性转变温度)的温度下，此时材料韧性急剧下降。受影响部位：１）对1987年12月以前，ASME规范没有对低温下运行的容器的冲击韧性作了有限的限制。但当时许多设计者规定了进行补充冲击试验。２）主要问题是在开车﹑停车或水压试验/密封试验期间的脆性断裂问题。应考虑厚壁设备。３）也可发生在加工轻质烃如甲烷﹑乙烷/乙烯﹑丙烷/丙烯及丁烷的装置中的紧急泄放事件。这包括烷基化装置、烯烃装置及聚乙烯装置４）室温水压试验时发生。损伤外观或形貌１）裂纹通常是直的，没有分支，没有任何相关的塑性变形（裂纹周围没有剪切边或局部缩颈）。2006-11-3031mmgwp@163.com２）断口表面大部分由劈裂组成，含有有限的晶间开裂和很少量的显微空穴聚结。预防与减缓：１）对于新设备，采用特殊设计的材料，这些材料用于包括波动和紧急泄放事件的低温操作情况下。材料需要控制化学成分、特殊的热处理和冲击试验确认。２）脆性断裂是一个“事件”驱动的损伤机理。失效取决于现有材料，应力、材料韧性和缺陷大小的组合。３）对在役设备采取控制操作条件（压力、温度）、开停工过程中室温下降低压力及高应力区的定期检查。４）降低脆性断裂可能性的一些方法：

a,进行PWHT。b,施加一个“温”的预应力水压试验，然后进行低温水压试验，可以扩大最小安全操作温度（MSOT）限制。

脆性断裂2006-11-3032mmgwp@163.com检验与监控检查敏感性容器是否有裂纹/缺陷

脆性断裂20英碳钢管线在水压试验时在O.D.沟槽处发生失效沟槽和沟槽处的断裂起始点（箭头）在水压试验时脆性断裂的经典案例2006-11-3033mmgwp@163.com机械与冶金失效机理蠕变和应力断裂高温下，金属部件在低于屈服应力的载荷下会缓慢不断地变形，这种蠕变损伤会最终导致断裂；所有的金属和合金受影响。影响因素１）是材料、负荷和温度的函数。损伤的速度（应变速度）对负荷和温度敏感。通常，温度增加12℃或应力增加15%，对于不同的合金，剩余寿命会减半或更多。２）要考虑蠕变损伤的极限温度。高于这个值，会发生蠕变损伤和蠕变开裂。３）损伤的程度是材料和蠕变变形发生的温度/应力水平的函数４）即使是接近开裂有尖端高的应力，在极限温度下的金属部件的寿命仍极大。

8/62材料阈温

碳钢370ºCC-1/2Mo400ºC11/4Cr-1/2Mo425ºC21/4Cr-1Mo425ºC5Cr-1/2Mo425ºC9Cr-1Mo425ºC304HSS480ºC347HSS540ºC2006-11-3034mmgwp@163.com５）没有或变形很小的蠕变损伤通常被错误的认为是蠕变脆化，通常显示了材料有的蠕变韧性。６）低的蠕变韧性指：

a,对高拉伸强度材料和焊缝来说更严重。b,在蠕变范围的低温段或在蠕变范围上部的低应力段更普遍。c,粗晶粒材料比细晶粒材料更容易发生d,没有室温性能变差的迹象e,在一些CrMo钢中受某种碳化物类型的促进。7）由于腐蚀减薄造成的应力增加会缩短失效的时间受影响部位１）操作温度高于蠕变范围的高温设备中。加热炉炉管、管托、吊架或其它加热炉部件更容易发生。２）操作温度接近或在蠕变范围内的管道和设备，如热壁重整反应器和加热炉炉管、加氢重整加热炉管、热壁FCC反应器、FCC主分馏塔和再生塔内构件。蠕变和应力断裂2006-11-3035mmgwp@163.com３）在重整反应器的管嘴焊缝热影响区和其它高应力区域会发生低蠕变韧性失效。在重整的反应器和高温管线的焊缝也会发现开裂。４）异钢种焊接接头（铁素体-奥氏体焊接）在高温下由于不同的热膨胀应力会遭受蠕变相关的损伤。损伤外观和形貌

１）初期只能通过扫描电子显微镜来确定。在晶界通常会发现蠕变孔隙，在后期会形成微裂纹，然后开裂。２）温度正好超过极限限制，会发现明显的变形。例如，加热炉炉管在开裂前会有明显的膨胀。变形的量主要取决于材料，以及温度和应力水平的联合作用。３）对于容器和管线，在高的金属温度和应力同时发生的地方蠕变开裂，如靠近结构的不连续处，包括管线T型接头、管嘴、或缺陷处的焊缝。蠕变开裂一旦发生，进展十分迅速。预防与减缓１）设计和制造过程中避免应力集中，加强操作和监测蠕变和应力断裂2006-11-3036mmgwp@163.com蠕变和应力断裂２）选择材料的化学成分来降低低蠕变韧性。高的焊后热处理温度降低有低蠕变韧性材料的蠕变开裂，如1.25Cr-0.5Mo。３）蠕变损伤是不可逆的。一旦发现损伤或裂纹，部件的寿命被用完，通常对损伤的部件进行修复或更换。高的PWHT在可提供一个蠕变韧性更高的材料，寿命更长。a,设备-蠕变损伤的重整反应器管嘴打磨除去受影响的区域及再焊接，选择一个比初始规范更高的PWHT温度，被成功修复。b,加热炉炉管采用耐蠕变材料，减少热区和局部过热，减少结焦和测量厚度和外径后进行寿命评估。检查和监测１）应当采用联合的技术（UT、RT、EC、尺寸测量和复膜）。取试样的金相分析用于确定损伤机理。２）对于压力容器，关注CrMo合金焊缝上。1Cr-0.5Mo和1.25Cr-0.5Mo材料更倾向于低蠕变韧性。

大部分检验用目测，然后每隔几年进行PT或湿性荧光磁粉检测。早期阶段也可以采用横波超声检测。应绘制初始制造缺陷图并记录以备将来参考。2006-11-3037mmgwp@163.com

蠕变和应力断裂３）加热炉炉管检查a,检查炉管的膨胀、鼓泡、下垂和弯曲。b,厚度测量。c,应当用绑带或量规来检查炉管的直径增大（蠕变）现象，采用现场金相或对炉管试样进行金相分析。d,报废标准取决于管线材质和操作条件。炉管的短时过热HK40加热炉炉管的蠕变开裂2006-11-3038mmgwp@163.com机械与冶金失效机理热疲劳由温度变化引起的周期交变应力的结果导致变形与开裂；在热循环下相对运动或不均匀膨胀受到约束的部位发生开裂。影响因素１）温度变动幅度和频率(循环数)；２）应力和循环数增加失效时间减少３）设备的开停工增加了热疲劳的敏感性；如果温度变化超过93℃开裂就容易发生４）表面温度快速变化增加厚度上或沿部件长度上的热梯度，会促进损伤。例如，冷水在刚性连接的热管上（热冲击）；５）剖口(如焊脚)和尖角(如接管与容器壳体的交叉处)以及其它的应力集中都可能成为萌生部位9/622006-11-3039mmgwp@163.com受影响的部位１）例子包括冷、热流的混合点，如冷凝水和蒸汽系统接触的部位，如减温或温度调节设备。２）热疲劳开裂是焦炭塔壳体的主要问题。也发生在焦炭塔裙座上，塔和裙座之间的温度变化促进应力形成。３）锅炉中最常见的位置是在过热器和再热器的相邻管子之间的刚性连接件上。适应相对运动的滑动隔离块可能被飞尘塞满冻住。４）如果在高温过热器或再热器中穿过冷却器水墙管的管子没有足够柔韧，则管子可能在联箱连接处开裂。５）如果从吹灰器喷嘴刚出来可能是冷凝水，液态水对管子的快速冷却会加快这种形式的损伤。损伤外观或形貌１）热疲劳裂纹通常起源于部件表面。它们通常较宽，由于暴露在高温中充满了氧化物。裂纹可以是单一或多个裂纹。

热疲劳2006-11-3040mmgwp@163.com２）热疲劳裂纹沿应力的横向方向扩展，并且它们通常是剑形、穿晶型，并充满氧化物。然而，开裂在同一位置可能是轴向或周向的，或两者都有。３）锅炉中，裂纹通常在在角焊缝的尖端，由于部位厚度的变化导致应力升高。裂纹通常开始于附件凸缘的末端，由于受限造成弯曲。它们会发展成管子的环向裂纹。４）吹灰器中的水可能会导致网状裂纹。主要裂纹是周向，次裂纹是轴向裂纹。预防与减缓

１）通过设计和操作来降低热应力和热循环

a,打磨焊缝、平滑过渡b,开停工阶段控制加热和冷却速度c,考虑不同金属部件连接处的热膨胀系数差异。２）设计应考虑足以适应不均匀膨胀热疲劳2006-11-3041mmgwp@163.coma,滑动衬套应当滑动，避免刚性附件。b,应在吹灰器开机前排冷凝水。检验和监测１）目测、MT、PT。２）外部超声横波检测检查。３）专门的超声波方法可检测厚壁反应器的内部连接焊缝。热疲劳焦炭塔衬座上的鼓胀凸出的衬边有关的热疲劳开裂冷氢点下游热的厚壁管2006-11-3042mmgwp@163.com热疲劳碳钢热疲劳裂纹显示了起源（此处为附件焊缝的尖端）和形状，充满氧化物的老的裂纹，可能终止或再开裂更换焦炭塔鼓胀的筒节2006-11-3043mmgwp@163.com机械与冶金失效机理短期过热–应力开裂因局部过热，在相对低应力水平下发生永久变形，通常因鼓胀并应力断裂失效。所有受火加热器管材料和普通建造材料受影响。影响因素１）温度、时间和应力。２）常因火焰冲击或局部过热引起。３）内部压力或负荷降低，失效时间会延长。当温度升高时，在低应力下，鼓泡和变形会十分明显。４）超过设计温度的局部过热。５）腐蚀减薄增加应力和降低失效时间。１0/622006-11-3044mmgwp@163.com受影响部位：１）所有的锅炉和加热炉炉管都是敏感的。２）有结焦倾向的加热炉如常减压、重油加氢和焦化装置。３）由于冷氢量不够或流动分配不均，加氢反应器的床层容易局部过热。４）FCC、硫磺和其它装置有耐火材料的设备会遭受由于耐火材料损伤或过度燃烧造成的局部过热。

损伤外观或形貌１）主要为局部变形或3%-10%或更高的鼓包。２）开裂如敞开的“鱼嘴”形，通常伴随有断口表面减薄。短期过热–应力开裂被严重拉伸的铁素体晶粒—断裂延展性2006-11-3045mmgwp@163.com预防与减缓

１）正确的燃烧器控制以及结垢/沉积控制。２）好的火焰形状。３）加氢反应器内安装床层热偶，正确的操作减少热区发生。４）保证耐火材料的完好状态。５）操作温度在规定范围。检验与监控

１）外观检查﹑炉管表面热电偶或红外线监控温度。２）设备耐火衬里通过变色漆和定期红外线扫描监控。３）保持和监控反应器床层热电偶和反应器表面热电偶。短期过热–应力开裂2006-11-3046mmgwp@163.com机械与冶金失效机理蒸汽阻滞１1/62锅炉的操作是燃料产生的热流和水冷壁或产汽管内蒸汽之间的热平衡。热能在管壁产生不连续的气泡，水流将气泡带走。当热平衡受到干扰时，单独的气泡结合形成蒸汽覆盖层，这种状况被称为泡核沸腾的偏离（DNB）。一旦形成蒸汽覆盖层，几分钟内会由于短时过热而造成管线的迅速破裂。影响因素１）热通量和流体流速。２）燃烧器造成火焰冲击，使得热量超过蒸汽发生管所能承受的值。３）在水侧，任何限制流体流动的物体（例如，蒸汽回路的针孔泄漏或由炉渣掉落造成的凹痕管线）会降低流速，导致阻滞状态。４）高温下蒸汽压力造成失效。受影响部位2006-11-3047mmgwp@163.com１）所有蒸汽发生装置包括燃烧锅炉、废热锅炉。过热器和再热器开工时由于凝结物堵塞蒸汽流动会导致失效的发生。损伤外观或形貌１）短时高温失效通常表现为开放式爆破，断裂的边缘象刀刃状。２）金相显示晶体结构严重拉长，这是在失效时发生的塑性变形造成的。预防与减缓１）正确的燃烧控制，避免热冲击。２）正确锅炉给水处理，防止可能导致流体流动受限制发生。３）肉眼检查管道是否有鼓胀。

蒸汽阻滞离泡核沸腾造成的短期高温失效为全开破裂

2006-11-3048mmgwp@163.com机械与冶金失效机理异种金属焊缝开裂１2/62高温下运行的钢奥氏体(300系列)－铁素体材料之间的热膨胀系数差异，异种金属焊缝开裂发生在铁素体(碳钢或低合金钢)侧。影响因素１）连接材料的焊条金属、加热和冷却速度、金属温度、在此温度下的时间、焊缝形貌和热循环。２）通常发生在铁素体钢和300系列SS的热膨胀系数差异超过30%以上的地方。在高温下，膨胀的差异导致在铁素侧的热影响区产生高应力。３）当采用奥氏体不锈钢焊条金属时，高温焊缝处的应力明显偏高。镍基焊条金属的热膨胀系数和碳钢相近，在高温下产生的应力明显低。４）高温下，铁素体材料的炭扩散进入焊缝金属，炭的损失导致铁素体材料热影响区蠕变强度的降低，增加了开裂的可能性。５）对于碳钢和低合金钢，当高于427-510℃时，就要考虑碳的扩散。

2006-11-3049mmgwp@163.com异种金属焊缝开裂６）铁素体/奥氏体接头在高于260℃时会产生明显的热膨胀应力。７）在铁素体钢上采用300系列焊条的不同金属焊接会导致在焊缝根部靠近铁素体钢侧的融合线产生一个窄的高硬度区。使得材料容易发生各种形式的环境开裂，如硫化物应力开裂或氢应力开裂。８）热循环加重了开裂。９）在液体灰腐蚀的环境，焊缝开裂可能会由于应力促进腐蚀而加速。由于大的应变，铁素体热影响区更容易发生腐蚀。形成并行于焊缝融合线的一个长的、窄的氧化物楔。10)焊缝几何形状差﹑过度咬边及其它应力强化系数将加重裂纹形成。受影响部位１）异种钢焊接被用于FCC反应器和再生器周围的管线、加热炉炉管材质从5Cr或9Cr换为300系列不锈钢、加氢反应器出口管过渡到300系列不锈钢管线，因而堆焊在低合金钢CrMo管嘴或管线坡口上。２）所有过热器和再热器具有铁素体材料（1.25Cr-0.5Mo和2.25Cr-1Mo）和奥氏体材料（300系列不锈钢，304H，321H，347H）相接的焊缝。2006-11-3050mmgwp@163.com损伤外观或形貌

１）裂纹在铁素体材料热影响区焊缝的根部形成。２）管接头焊缝是最容易发生问题的部位，但是400系列的铸造或锻造300系列不锈钢支撑凸掾或附件也会受影响。预防与减缓１）具有和碳钢和低合金钢相近热膨胀系数的镍基焊缝金属可以大幅度提高接头的寿命。２）如果采用300系列焊条，异种金属焊缝应当放在低温区。３）对于锅炉，高温末端的焊缝应当在传热区以外制作在遮棚或管套里面。４）在被连接的两种材料之间安装具有中间热膨胀系数的小块件。检验与监控

１）使用外观检查﹑MT和PT检测方法。有内部腐蚀情况用UT检查。异种金属焊缝开裂2006-11-3051mmgwp@163.com异种金属焊缝开裂蠕变裂纹(黑斑)在铁素体合金(该情况下为SA213T-22)的热影响区当液相煤灰腐蚀和异种金属焊缝存在时，2.25Cr-1Mo热影响区的应力促进腐蚀可能发生。异种金属焊缝断口沿着对接焊缝焊脚。金相横截面表明裂纹沿着焊接金属2006-11-3052mmgwp@163.com短时间内热应力增加非常高且不均匀时，如果热膨胀/收缩受约束，可产生超过屈服强度的应力而开裂。是热疲劳开裂的一种形式；起始裂纹为表面细裂纹。当较冷液体与较热金属表面接触时，通常发生热冲击。影响因素１）温度变化的程度和材料的热膨胀系数决定应力的大小。２）温度循环所产生的循环应力可萌生疲劳裂纹。３）不锈钢具有比碳钢和合金钢或镍基合金更高的热膨胀系数。４）著火时暴露于高温下。５）由于雨淋的结果，可能由水淬导致的温度变化。６）由于温度变化引起受约束部件膨胀或收缩有关。７）厚壁会产生高的热梯度，如铸造阀门内部铸造缺陷处起裂。机械与冶金失效机理热冲击１3/622006-11-3053mmgwp@163.com热冲击受影响部位：高温设备与管线；丧失韧性的材料，如CrMo设备（回火脆化）最容易发生热冲击，快速停工设备；焦炭塔等。防护与缓解１）防止高温管线中流动中断。２）设计约束最小化。３）安装隔热套管以防止压力边界部件上的液体冲击。４）尽量减少雨水或消防水喷淋情形。５）检查热/冷注入点是否有潜在的热冲击。

检查

PT和MT。2006-11-3054mmgwp@163.com冲蚀：固体﹑液体﹑蒸汽或其任何组合之间的相对运动的结果而产生的表面材料的加速机械移除。冲蚀腐蚀：腐蚀去除了保护膜或结垢，冲蚀和腐蚀共同作用下的进一步的减薄腐蚀。影响因素１）大多数情况下，腐蚀起一定作用，纯粹的冲蚀(磨损)是少见的。２）金属损失率取决于冲击介质(即：颗粒﹑液体﹑小液滴﹑料浆﹑两相流)的速度及浓度、冲击颗粒大小和硬度、处于冲蚀下的材料的硬度和抗腐蚀能力以及冲击角度。３）金属底层硬度的增加并不表示耐磨蚀性能的提高，尤其是腐蚀起主要作用时。４）环境－材料组合对失重的速度有个下限；流速超过这个限制，金属损伤的速度会增加。冲蚀/冲蚀腐蚀机械与冶金失效机理１4/622006-11-3055mmgwp@163.com冲蚀/冲蚀腐蚀５)环境腐蚀性的增加会降低保护膜的稳定性，增加金属失重。受影响的部位：１）暴露于流动的流体和/或催化剂的所有类型的设备都会经历冲蚀和冲蚀腐蚀。

２）冲蚀可由悬浮气体中的催化剂粒子或料浆等液体所携带的粒子造成。３）加氢反应器流出物管道、设备遭遇硫化胺冲蚀腐蚀。４）环烷酸冲刷腐蚀。预防与减缓１）改变形状。２）增加表面硬度。３）用耐腐蚀材料和/或减少腐蚀性的工艺环境。４）加缓冲板（管）。2006-11-3056mmgwp@163.com材料1fps（潮流）4fps（浸在海水槽中）27fps（转动盘）碳钢61347铸铁9-54硅青铜0.20.357海军黄铜0.3329耐蚀青铜10.255G青铜10.346Al青铜1-44铝黄铜0.4-1990-10CuNi1-1670-30CuNi（0.05%Fe）0.3-3270-30CuNi（0.5%Fe）<0.2<0.26Monel<0.2<0.21316SS0.20<0.2HastelloyC<0.2-0.05钛0-0冲蚀/冲蚀腐蚀海水中典型的磨蚀-腐蚀速度，mpy2006-11-3057mmgwp@163.com冲蚀/冲蚀腐蚀9Cr焦化加热炉回弯头的磨蚀未处理冷却水中的铸铁叶轮在服务4年后的情况

在叶片末端的磨蚀-腐蚀和在叶片压力侧的点蚀2006-11-3058mmgwp@163.com机械与冶金失效机理汽蚀１5/62空泡腐蚀是磨蚀的一种形式，是由于无数的小气泡形成和不断破裂造成的。爆裂的气泡产生严重的局部冲击力，导致金属损失，被称为空泡腐蚀损失。气泡可能含有液体的气相、空气或液体物质产生的其它气体。受影响材料：多数常见结构材料，包括铜和黄铜、铸铁、碳钢、低合金钢、300系列SS、400系列SS、镍基合金。影响因素１）泵的汽蚀余量不足可导致汽蚀。２）接近液体沸点的温度比较低温度下运行更易导致气泡形成。３）空泡腐蚀不需要固体或粗糙颗粒的存在，但它们会加速腐蚀。2006-11-3059mmgwp@163.com受影响部位：１）在泵壳、泵叶轮(低压侧)及管口或控制阀下游管道中最常观察到汽蚀。２）损伤还可在紊流的限流通道或其它区域发现。例子包括换热器管、文丘里管、密封和轴承以及叶轮。损伤的外观或形貌汽蚀损伤通常像边缘清晰的点蚀，但在旋转部件中具有一个气刨的外观。损伤仅在低压区域发生。预防与减缓１）采取机械改造、设计或变化操作。２）可通过改变汽蚀余量或材料性质得到防止。

a,流动路径呈流线型以减少紊流。

b,降低流速。

汽蚀2006-11-3060mmgwp@163.com汽蚀

c,去除夹带的空气。d,增加泵的吸入压头。e,添加物来改变流体性能。f,使用硬质焊敷层或耐磨堆焊。g,使用较硬和/或耐腐性更强的合金。３）液体-固体界面状态，选用一个更耐蚀和/或硬度更高的材料可能不提高耐性能。十分硬的材料可能不适用，因为它们缺少韧性。检验与监控１）发生空泡腐蚀的泵听起来象内部有卵石在运动。２）检测流体性能，或对湍流区域进行声学监测以发现有特征的声音频率。３）对可疑区域的目测，及外部UT和RT检测。2006-11-3061mmgwp@163.com汽蚀常压渣油脱硫装置的冷低压分离器的排放阀，在高压降下使用2年后发生空泡腐蚀的碳钢蝶阀切割面损伤表面的近距离照片不锈钢叶片低压侧的空泡腐蚀点蚀坑在一个大型发动机铸铁汽缸水侧的空泡腐蚀点蚀坑2006-11-3062mmgwp@163.com机械与冶金失效机理机械疲劳16/62部件长期暴露于机械加载或热循环的周期应力，通常远低于材料的屈服强度下突然意外失效。影响因素：几何形状、应力水平、循环数和材料性质(强度、硬度、微观组织)

１)通常在循环载荷下的剖口或应力集中源的表面萌生，所以部件的设计是决定抗疲劳开裂能力的最重要因素。

a,机械剖口(锐角或凹槽)b,转动设备驱动轴的销孔

c,螺纹根部缺口d,淬火管嘴区域。

e,钢印记f,打磨痕迹

g,钻孔的边缘I,腐蚀

h,焊接接头、缺陷和/或配合不当处。２）金相问题和微观组织

2006-11-3063mmgwp@163.coma,对于一些材料，如钛、碳钢和低合金钢，疲劳断裂的循环数随应力幅度减小直到达到一个耐久极限。低于该应力耐久极限，则不论多少个循环，疲劳开裂也不会发生。b,对于具有耐久极限的合金，在极限抗拉强度(UTS)和萌生疲劳开裂所需的最小应力幅度之间存在一种关联性。耐久极限与UTS之比一般介于0.4与0.5之间。不具有耐久极限的材料，如奥氏体不锈钢和铝将会有一个由某一给定应力幅度下的循环数规定的疲劳极限。c,金属中存在的夹渣可对疲劳开裂起加速作用。较早期“脏的”钢或焊件时敏感。d,热处理产生重大影响。一般，较细晶粒比粗晶性能好些。如淬火和回火等热处理可提高碳钢和低合金钢的抗疲劳能力。e,碳钢和钛：不论多少次循环疲劳开裂都不会发生的耐久极限。机械疲劳2006-11-3064mmgwp@163.com３）300系列不锈钢、400系列不锈钢、铝以及大多数其它有色合金。a,这些合金没有耐久极限的疲劳特征。最终达到疲劳断裂与应力大小无关。b,最大循环应力幅度所需的应力与部件的预定循环数相关联。一般为106～107次循环。受影响部位１）热循环a,每天循环操作,如焦炭塔。b,设备是辅助的或连续闲置，只是偶尔使用，如辅助锅炉。c,在操作中有明显温度变化的冷却管嘴连接，如水冲洗系统。

２）机械负荷

a,由于半径和键槽引起的应力集中的离心泵和压缩机上的转动轴。b,如小直径管线可能会因为临近设备和/或风导致振动。对于小部件，共振也会导致循环负荷。c,高压降控制阀或蒸汽减压站可造成被连接的管道的严重振动问题。

机械疲劳2006-11-3065mmgwp@163.com损伤外观或形貌１）失效的特征是一个“蛤壳”形指纹，源自裂纹萌生位置的“海滩标志”的同心环。这些同心裂纹不断扩展直到横截面积减少至因过载而引起的失效。２）在表面应力集中或缺陷的部位成核，导致简单的“蛤壳”指纹。３）没有明显应力集中的部件产生的裂纹通常会导致有多点成核的疲劳失效，形成多个“蛤壳”指纹。是部件偶尔超过其屈服强度时微观结构屈服的结果。预防与减缓１）设计减少应力集中部位。２）选择设计疲劳寿命满足预计循环次数的金属。３）减少部件表面打磨的标记、刻痕和凿痕。使用低应力标记的工具。４）焊缝的良好装配和光滑过渡。５）去除机械制造的毛刺和凸缘。机械疲劳2006-11-3066mmgwp@163.com检验与监控１）无损检测方法：PT、MT和SWUT。２）肉眼检查小直径管子有无振动或其它周期性运动。３）监视旋转设备的振动。４）在高循环疲劳中，裂纹萌生可能在大部分疲劳寿命期间难以检测到。机械疲劳疲劳断裂表面的示意图显示了“沙滩印记”2006-11-3067mmgwp@163.com机械疲劳碳钢管线的疲劳开裂表面使用50年的原油储罐供给线的16吋管线-弯头焊缝的疲劳开裂焊缝的横截面显示了开裂的部位裂纹的断裂面表面2006-11-3068mmgwp@163.com机械与冶金失效机理振动引起的疲劳

是一种机械疲劳，裂纹是由于振动、水锤或不稳定的流动导致的动态负荷引起的。影响因素１）接近共振时开裂的可能性最高。２）支撑过度/缺乏会引起制动，在应力集中或开口处开裂。受影响部位：１）泵、压缩机、阀门和调节阀上未加支撑的承插焊小管。２）不正常工作的安全阀。３）高压降压阀和蒸汽减压装置。４）换热器管束。损伤外观或形貌１）损伤通常是起始于高应力点或不连续处（如焊接接头或螺纹）的裂纹。２）耐火材料振动损伤的潜在信号可以目测到。

1７/622006-11-3069mmgwp@163.com振动引起的疲劳

预防与减缓：１）增加支撑或振动减缓装置。２）小管安装筋板或加强圈。３）控制阀和安全阀出口处的涡旋分离可通过正确的侧支管尺寸和流量稳定方法减到最小。４）当某一振动段被锚定时，振动作用可能会转移。在安装锚固件或减振器之前，需要做专门研究。检验与监控１）目测和听声音，或特殊仪器检查。２）检查管线支撑和弹簧吊架，保温损坏情况。热释放系统的1吋承插焊接法兰开工后不久发生振动导致的疲劳。右图承插焊缝裂纹的横截面照片2006-11-3070mmgwp@163.com保温和耐磨耐火材料都会遭受不同形式的机械损伤,以及由于氧化、硫化和其它高温机理造成的腐蚀。耐火材料包括陶瓷纤维、浇注块、耐火砖和塑性耐火材料。影响因素１）耐火材料衬里设备应被设计成能够抗腐蚀、抗热冲击和热膨胀。

２）烘炉与养护按照标准或制造商的规范要求。３）锚固材料必须与母材的热膨胀系数匹配。锚件必须能耐氧化。４）锚件必须能抗加热炉和废气环境中的浓缩亚硫酸腐蚀。５）必须根据使用要求选择抗磨蚀和冲蚀的耐火材料类型和密度。受影响部位１）FCC装置反应器再生器、容器、管道、旋风器、滑阀及内件；锅炉、废热锅炉、加热炉等。机械与冶金失效机理耐火材料退化1８/622006-11-3071mmgwp@163.com损伤外观或形貌１）冲刷减薄、开裂、剥落、鼓包。２）锚件腐蚀断裂。３）衬里下面结焦，引起开裂与鼓包。检验与监控１）用红外成象仪监测。２）目测。耐火材料退化2006-11-3072mmgwp@163.com焊后热处理期间或高温下使用期间因消除应力引起的某一金属的开裂。它最常见于厚壁断面。低合金钢、300系列不锈钢以及如合金800H等镍基合金受影响影响因素：１）材料类型(化学组成、杂质元素)、晶粒大小、残余制造应力(冷加工、焊接)、断面厚度(控制约束和应力状态)、剖口和应力集中点、焊缝金属和母材强度、焊接和热处理条件。

a,在高应力，较厚断面和较高强度材料中发生。

b,在消除外加应力或残余应力所需的应变时，蠕变延展性不足，再热裂纹在高温下发生。如300系列的稳定化和消除应力热处理过程。

c,多数裂纹被限制在热影响区，应力集中点萌生。

d,细晶沉淀粒子使晶粒比晶界更结实，并迫使蠕变变形在晶界上发生。

机械与冶金失效机理再热裂纹1９/622006-11-3073mmgwp@163.come,再热裂纹为晶间型裂纹，是表面破裂或埋藏型，最常见于焊缝热影响区的粗晶断面，最有可能在高约束区，包括接管焊缝和厚壁管的厚壁容器中发生。f,300系列的应力释放和稳定化热处理会造成再热开裂问题，尤其是在厚壁的情况下。预防与减缓：１）设计厚壁断面的接头结构约束最小化，焊接时还必须进行充分预热。２）粗粒导致热影响区延展性低，使得材料对再热裂纹更敏感。３）在焊缝和热影响区交界处容易发生。４）避免横截面的急剧变化。检验与监控１）碳钢和低合金钢进行UT和MT检查检测到。２）

300系列不锈钢和镍基合金用UT和PT检查。３）埋藏裂纹仅可通过UT检查。再热裂纹2006-11-3074mmgwp@163.com２均匀或局部厚度损失

2006-11-3075mmgwp@163.com异种金属在一合适的电解液，如，潮湿或水环境或含湿气的土壤中被连接在一起时，可在其接合处发生的腐蚀形式(贵金属除外的所有金属)。影响因素：１）发生条件：电解质－不同材料－阴极与阳极连接。２）活泼的材料(阳极)腐蚀保护了更惰性的材料(阴极)。３）表面积比影响显著，阴极与阳极比与腐蚀成正比。４）同一金属由于表面膜、结垢和/或局部环境(例如，与新的钢管相连的旧钢管)也可成为电偶付。均匀或局部厚度损失电化学腐蚀均匀或局部厚度损失20/62不锈钢容器上炭钢短管2006-11-3076mmgwp@163.com电化学腐蚀任何装置都可能发生，埋地管线比较典型。受影响部位：１）两种材料在焊接或螺栓连接接头处。２）更活泼的材料可能会更多的厚度损失，或根据推动力、导电性和阳极/阴极相对面积比，可能出现裂缝、凹槽或点蚀。３）管材不同的管板和/或折流板。预防/减缓：１）正确的设计。２）在较惰性的材料上涂覆层。３）绝缘螺栓套和垫片。４）镀锌钢中锌优先腐蚀以保护基底碳钢，当水温高于大约66℃时，这种阳极对阴极的极性相反。2006-11-3077mmgwp@163.com电化学腐蚀１镁15黄铜２镁合金16铜３锌17青铜４铝18白铜５铝合金19蒙乃尔合金６钢20镍(钝态)７铸铁21410不锈钢(钝态)８410不锈钢(活泼态)22304不锈钢(钝态)９镍铜铬耐蚀铸铁23316不锈钢(钝态)10304不锈钢(活泼态)24钛11316不锈钢(活泼态)25石墨12铅26金13锡27铂14镍被腐蚀端－阳极—更活泼被保护端—阴极–更惰性

海水中电动势序按活性降低排序母材惰性金属2006-11-3078mmgwp@163.com大气的湿气而发生的腐蚀形式。海洋环境和潮湿空气含有污染物的工业环境最严重。碳钢、低合金钢及铜合金铝受腐蚀。腐蚀速率：１）海岸环境0.5ｍｍ／ｙ。２）有酸或能形成酸的硫化合物0.125-0.25ｍｍ／ｙ。３)中等降雨量或湿度的内陆0.025-0.075ｍｍ／ｙ。４）干燥的农业环境<0.025ｍｍ／ｙ。５）氯化物，H2S，飞灰、鸟粪和其它空气夹带的杂质会加速腐蚀。均匀或局部厚度损失大气腐蚀21/622006-11-3079mmgwp@163.com受腐蚀部位：１）存留水的设计或缝隙中的湿气更容易发生侵蚀。２）操作温度足够低，允许湿气存在的管线和设备。３）不良的涂层。４）设备在高于室温或低于室温的操作循环温度环境中。５）设备停工或长期闲置。６）有管线支撑的管线更容易发生侵蚀。７）设备迎风面。８）桥墩和码头。９）不同金属连接的电化学环境。表面处理和正确涂敷涂层对腐蚀环境下的长期防护十分关键。

大气腐蚀2006-11-3080mmgwp@163.com由于水进入保温或耐火材料后导致的管线、压力容器和结构部件的腐蚀。碳钢、低合金钢、300系列不锈钢和双相不锈钢受影响。影响因素：１）当金属温度在沸点100℃和121℃之间时，水较不易蒸发、保温层保湿时间较长，腐蚀变得更加剧烈。２）在水露点以下运行的设备容易在金属表面凝结。３）在海洋环境或有大量湿气存在的地方腐蚀温度会超过121℃。４）吸湿的保温材料。５）循环热操作或间断操作。６）保温中析出的杂质，如氯化物。７）空气携带的腐蚀杂质。均匀或局部厚度损失保温层下腐蚀22/622006-11-3081mmgwp@163.com受影响部位：１）碳钢和低合金钢有点蚀和减薄。２）300系列，400系列和双相钢有点蚀和局部腐蚀。３）如果氯化物存在，300系列会遭受SCC，而双相SS敏感性差一些。４）高湿度附近：凉水塔下风向、蒸汽排放口、酸性水气、或靠近喷水的辅助冷却设备。５）损坏的保温、耐水汽层、耐候层或遮盖层；保温中的插入物或保温终点如法兰等部位发生。６）梯子和平台支架、吊耳、管嘴和加强圈处。７）有蒸汽伴热线泄漏或损伤的管线设备。８）涂层局部损伤的部位。９）水分重力下流部位，如垂直设备上的保温支撑圈、不正确终接的防火层；直接与垂直管连接的水平管的最初几米是很典型的。保温层下腐蚀2006-11-3082mmgwp@163.com防护/缓解１）采用可靠的涂层和维护绝缘/密封/耐水层防止水渗透的方法来防护。２）选择保温材料十分重要，低吸水性保温材料。３）300系列应当使用低氯材料保温。４）不必要的保温必须去除。５）利用多种检查技术以获得最经济有效的结果。

a)部分和/或全部保温的目测。b)实时便携式X光（对于小管径管线）。c)中子背散射技术用于确定湿保温材料。d)深穿透涡流检测(可由爬行机器人自动进行。e)IR热像仪。f)超声导波检测。g)厚度验证UT技术。保温层下腐蚀跨线的便携式RT照片2006-11-3083mmgwp@163.com碳钢和其它金属由于冷却水溶解的盐、气体、有机化合物或微生物造成的均匀或局部腐蚀。影响因素：１）流体温度、水的类型（新鲜、有咸味的、盐水）和冷却系统的类型（一次性、开路循环、闭路循环）、氧含量、流速。２）结垢可能是由于矿物沉淀（硬的）、淤泥、悬浮的有机材料、腐蚀产物、轧制氧化皮、海水和微生物生长造成的。３）流速低于1m/s容易导致结垢、沉积。由死角或停滞区引起壳程腐蚀加快，通常是垢下腐蚀、缝隙腐蚀或微生物腐蚀的局部腐蚀。４）工艺侧的温度高于60℃新鲜水会存在结垢倾向，有咸味的水和盐水出口温度高于46℃导致严重的结垢。５）增加氧含量会增加碳钢的均匀腐蚀速度。均匀或局部厚度损失冷却水腐蚀

23/622006-11-3084mmgwp@163.com冷却水腐蚀６）300系列可以遭受点蚀、缝隙腐蚀和SCC。７）铜/锌合金会遭受脱锌。水中存在氨或铵化合物，铜锌合金会遭受SCC。８）ERW碳钢会遭受严重的焊缝和/或热影响区腐蚀。９）当和一个阳极材料相接，钛会遭受严重的氢脆10）管嘴入口/出口和管线入口的波状或光滑腐蚀是由于流动导致的腐蚀、冲蚀或磨损造成的。防护/缓解

1)通过冷却水系统的正确设计、操作和化学处理来防护。2)工艺入口侧的设计温度应低于100℃。3)必须保证最小和最大水流速。4)换热器部件的材质需要升级以提高耐蚀性。5)管的ID和OD进行定期清洗。6)冷却水应当走管程，以减少滞流现象。2006-11-3085mmgwp@163.com锅炉系统和冷凝水回水管道上的全面腐蚀和点蚀。影响因素１）溶解的气体(氧气和二氧化碳)浓度、pH、温度、给水质量和特殊给水处理系统。２）防腐通过F3O4(四氧化三铁)保护层达到。３）对于特殊的水系统和锅炉给水处理系统，阻垢剂必须与除氧剂配合使用。４）联氨、中和氨和铵化合物会造成Cu-Zn合金的SCC。５）冷凝水回水系统中的腐蚀往往是由二氧化碳引起。管壁呈平滑凹槽。６）氧气腐蚀引起点蚀，级间换热器和省煤器侵蚀最严重。均匀或局部厚度损失锅炉冷凝水腐蚀24/622006-11-3086mmgwp@163.com锅炉冷凝水腐蚀７）腐蚀可发生在外部处理系统、除氧设备、给水管线、泵、级间换热器和省煤器以及水侧和受火端侧的蒸汽发生系统和冷凝水回水系统中。预防/延缓

１）除氧处理通常包括催化过的亚硫酸钠或联氨。２）如果阻垢/氧化铁成膜处理步骤不能降低凝结物回流系统的CO2，需要采取氨缓蚀剂处理。检查和监测１）监测参数包括pH、导电率、氯、残余杀菌剂及用于检查有机物泄漏的总溶解固体。２）停工采用湿荧光磁粉检测除氧器的开裂问题。2006-11-3087mmgwp@163.comCO2溶于水形成碳酸（H2CO3）降低了pH，发生CO2腐蚀。足够的量会促进碳钢的均匀腐蚀和/或点蚀。影响因素：１）腐蚀发生在液相，通常在CO2从汽相中凝结出来的部位。２）升高的温度会增加腐蚀速度直到CO2汽化的点。３）Cr含量超过12%时耐腐蚀。４）所有装置的锅炉原料水和凝结系统都受影响。５）制氢装置转化气在露点温度下腐蚀率可达２５ｍｍ／ｙ。

受影响部位１）碳钢的局部减薄和/或点蚀。２）在湍流区域，碳钢会遭受深的点蚀和沟槽。３）腐蚀通常发生在湍流和冲击区，有时在管道焊缝的根部。均匀或局部厚度损失CO2腐蚀25/622006-11-3088mmgwp@163.comCO2腐蚀防护/缓解１）采用汽相缓蚀剂。２）冷凝水的pH提高到6。３）多数环境中，300系列十分耐蚀，400系列和双相钢也同样耐腐蚀。４）遭受CO2问题的蒸汽凝结系统通常是操作有问题。５）水分析检测（pH，Fe等）以确定操作条件的变化。６）如果有分离的水相，检查管线的底部和检查弯头和三通的湍流区域，如果预测有冷凝物产生，检查管线的上部。碳钢油气产品线含CO2水中碳钢管线接头2006-11-3089mmgwp@163.com烟气中的硫和氯会在燃烧产物中形成SO2、SO3和HCl当温度足够低时，气体和水蒸汽会凝结形成硫酸、亚硫酸和盐酸，导致严重的腐蚀。影响因素：１）金属温度低于露点温度，会发生硫酸和亚硫酸露点腐蚀。２）硫酸的露点取决于烟气中SO3的浓度，通常为138℃。３）HCl的露点取决于HCl的浓度，通常为54℃。受影响部位１）使用含硫燃料的加热炉/锅炉的省煤器和烟囱处。２）进口水温度低于盐酸露点温度时，300系列给水加热器的热循环蒸汽发生器的氯化物应力开裂。３）如果燃气轮机的大气含有氯化物,(如含氯化物杀菌剂的循环水凉水塔飞溅物）热循环蒸汽发生器中的300系列给水加热器有危险。均匀或局部厚度损失燃料气露点腐蚀26/622006-11-3090mmgwp@163.com燃料气露点腐蚀防护/缓解１）保持炉后端的金属表面高于硫酸露点腐蚀温度。２）热循环蒸汽发生器，如果环境中可能应含有氯化物避免用300系列不锈钢。３）含碳酸钠的水冲洗灰垢。2006-11-3091mmgwp@163.com由于生物如细菌、藻类或真菌引起的腐蚀，通常存在有锈瘤或粘性有机物。影响因素：１）促进微生物生长的停滞或低流速的条件下的水环境。２）多种类型有机物可在苛刻环境（缺氧、缺光或昏暗、高盐度、0～12pH值、–17℃～113℃）下生存并生长。３）由于引入如不加控制就会无限繁殖和蔓延的有机物。４）不同有机物在不同营养基上旺盛生长，包括无机物质（硫、氨、硫化氢）、有机物质(碳氢化合物、有机酸)和所有有机物都需要有一个生长的碳、氮和磷源。５）内漏会造成生物附着和腐蚀的大量增加。均匀或局部厚度损失微生物引起的腐蚀27/622006-11-3092mmgwp@163.com微生物引起的腐蚀受影响部位１）换热器、储罐的底层水、停滞或低流量管道、埋地管道。２）残留水压试验水的设备或外置且未加以保护的设备。３）不合格冷却水的装置中的产品储罐和水冷换热器。４）消防水系统。损伤外观或形貌

１）有机物的沉积物或结节遮盖下的局部点蚀。２）碳钢的杯状点蚀或不锈钢的表面下空洞。防护/缓解

１）采用杀菌剂处理。２）提高流速，减少低流速或滞留区。３）尽快排空水压试验水并干燥。2006-11-3093mmgwp@163.com４）对地下结构进行包覆和阴极保护。５）已经存在的有机物需要清理、清洗和杀菌。６）储罐的内涂层。检验与监控１）测量生物杀虫剂残留量、微生物数量和外观来监视冷却水系统处理效果。２）特殊探头来监视污垢迹象。３）换热器传热效果下降。４）水发出恶臭。微生物引起的腐蚀2006-11-3094mmgwp@163.com微生物引起的腐蚀使用2.5年后6英寸碳钢含硫油管线内的点蚀，蚀坑宽约1～2英寸

注意光环效应

小结节下有微生物引起的腐蚀损伤的输油管线输油管线喷砂后可见的微生物引起的典型半球形凹坑未杀菌剂处理的冷却水使用2.5年后点蚀

304不锈钢换热器管具有微生物引起的腐蚀特征的严重次表面隧道效应的管子的横截面2006-11-3095mmgwp@163.com暴露于土壤中的金属的腐蚀被称作土壤腐蚀。受影响材料：碳钢、铸铁、球墨铸铁。影响因素１）运行温度、湿度和氧利用率、土壤电阻率(土壤条件和特征)、土壤类型(排水)和均质性(土壤类型变化)、阴极保护、杂散电流排流、涂层类型、年龄及状态、差动充气。腐蚀电池以及微生物引起的腐蚀。２）土壤电阻率常被用来评估土壤腐蚀。３）腐蚀速率随金属温度增加而增加。

均匀或局部厚度损失土壤腐蚀28/622006-11-3096mmgwp@163.com土壤腐蚀受影响部位１）埋地管道和设备以及埋地储罐和地上储槽的底部。２）地面支撑金属结构。３）差的保护涂层。预防和减缓

１）最有效保护是耐腐蚀涂层和阴极保护系统的组合。２）专用参比电极(电阻压降误差校正)来测量结构对土壤的电位。使用3年后未经保护的钢制冷凝水储罐底部截取的试块2006-11-3097mmgwp@163.com由于苛性盐或碱盐的浓缩导致的局部腐蚀，通常发生在温度升高或高的热传递条件下。但也会发生均匀腐蚀，取决于碱或苛性碱溶液的浓度。受影响材料：主要是碳钢、低合金钢和300系列不锈钢。碱的来源（KOH或NaOH）１）工艺要求添加。２）泄漏的原因。３）浓缩。受影响部位１）锅炉和蒸汽发生有关设备，包括换热器。

２）注碱口部位的浓缩。３）碱洗脱硫装置。４）碱与工艺物流分配不均匀，在预热器，炉管和管线内腐蚀。均匀或局部厚度损失碱腐蚀29/62碳钢锅炉管内径上的沉积物2006-11-3098mmgwp@163.com碱腐蚀损伤外观或形貌１）锅炉管或保温沉积物下表现为凹槽局部减薄，沉积物可能填充腐蚀凹陷处。２）沿腐蚀物聚集的吃水线发生局部刨削。在垂直管表现为环形凹槽。３）在水平管或斜管中，切槽可能出现在管顶，也可能以纵向凹槽形式出现在管子的相对侧。４）高浓度的苛性碱可能导致碳钢在79℃以上时全面腐蚀和93℃以上时很高的腐蚀速率。预防与减缓１）在蒸汽发生设备中，确保充分的水循环，被加热管的热点最小化或减少碱盐。２）正确地混合或稀释苛性碱，避免在热金属上浓缩。３）高于66℃的高浓度碱液中，炭钢和３00系列腐蚀严重，合金400和其它镍基合金则耐腐蚀。碱腐蚀引起的局部侵蚀2006-11-3099mmgwp@163.com是一种选择性腐蚀机理，合金的一个或多个成分被优先侵蚀，剩下一个低密度的多孔组织，机械性能显著降低主要为铜合金(黄铜、青铜、锡)以及合金400和铸铁。损伤外观１