临氢压力容器设计

临氢压力容器设计临氢——与氢气接触的压力容器。如加氢，制氢装置的容器。氢制脆性开裂。氢腐蚀1.1〔t>22℃〕〔离〕子透过外表层，固溶到金〔主要是晶界〕向钢内集中。侵入钢中的氢与钢中渗碳体〔FeC〕和不稳定的碳化物析出的碳起化学反响生成甲烷。32H FeC3FeCH2 3 4C2H2CH4或C4HCH4〔在晶界上〕甲烷的集中力量很低，聚拢在晶界原有的微观空隙内和钢材缺陷处，与C〔渗碳体中碳原子的集中补充固溶碳原子的集中补充集中使该处由微裂纹变为裂纹。假设在近钢外表的分层夹杂等缺陷中集聚形成鼓丧失。在氢的作用下，有外表脱碳和内部脱碳两种。1〕在t>565℃，P<1.4MPa的氢2〕当t>220℃，P>1.4MPa时，氢会使钢发生内部脱碳，使碳化物分解，裂纹形成氢蚀。即当温度较高压力较低〔但P>1.4MPa〕时，外表脱碳比内部腐蚀来的快，当压力较高温度较低〔t>220℃〕时，碳的集中力量大大减低，内部氢蚀可能在没有明显外表脱碳的状况下发生。强度、塑性下降，呈脆断性破坏。氢蚀一旦发生，便无法消退，是不行逆的。影响氢蚀的因素温度和压力的影响和脱碳反响速度。压力：氢压力提高，可使氢易于渗透入钢中，由于生成甲烷是体积缩小了为什么高温低压力只发生外表脱碳的缘由，温度高为碳的集中供给了有利条件，使甲烷反响在外表发生。温度：在某一压力下，开头发生氢蚀的温度称为氢蚀的温度，它常是衡以至超过了正常使用的寿命。对于发生氢蚀的压力、温度组合条件，Nelson〔纳尔逊〕提出了一曲线〔他总结了美国壳牌石油公司和其他操作阅历与试验数据，于1949年提出，其后又屡次修订。含碳量的影响目前还没有一个比较全都的说法。避开氢蚀的四项措施：1〕为防止氢蚀避开生成甲烷，就要参加能生成强碳化物的合金元素，使碳化物不易为氢所分解，削减甲烷的生成。2〕削减金属晶粒的界面能降低裂纹成核速度。3〕4〕降低碳在钢中的集中速度。含金元素的影响铬——在低碳钢中的铬主要存在于渗碳体〔FeC〕中，此铬提高了碳化3了甲烷的生成时机，提高了抗氢力量。Mo——钼对铁素体有固溶强化的作用，同时也能提高碳化物的稳定性。钼在钢中又形成特别的碳化物。、V——钒与碳、氮、氧都有极强的结合力，在钢中形成极稳定的碳化物〔VC〕及氮化物〔VN

，这些氮化物和氧化物使钢在高温下仍保持细晶粒组4 3 4 3织，大大增加了钢在高温高压下对氢的稳定性Cr、Mo、V都可挺高钢的高温强度〔长久极限，蠕变极限上升，所以抗高温氧化〕又降低碳在钢中的集中速度。热处理的影响碳化物的球化处理，由于减小了外表度，界面能减小延长了孕育期，如0.19%C钢，在710℃球化处理。淬火+回火处理温度愈高，脱碳速度愈小，这是由于碳化物尺寸加大，脱碳时间长。厂冷加工的影响而加速氢蚀裂纹，且裂纹易扩展。平。纳尔逊曲线从图中可看出，当t 200℃时，即使压力再高，选碳钢或碳锰钢即可，如加氢中的冷高分，合成氨中的合成塔，由于压力高选高强度的碳锰钢即可。CrMo选择的相应钢材。CrMo含量上升，则抗氢性能上升。实线上部的钢表示抗氢蚀，虚线上部发生外表脱碳。氢分压〔〕 钢在氢环境中的操作极限

温度(℃)6Cr-0.5Mo钢、3Cr-1Mo钢、2.25Cr-1Mo钢、1.25Cr-0.5Mo1Cr-0.5Mo钢、碳钢。〔曲线〕选钢时，尚需在操作温度和操作氢分压的根底上〔操作+28℃、操作氢分压+0.35MPa〕CrMo钢CrMo钢回火脆化的一般特性Cr、MoCrMo淬透性强。但CrMo钢长期在高温下会发生回火脆化的性质，使冲击韧性下降，或脆韧性转变温度上升。1)370-595℃的温度范围长期操作产生，温度越高，脆化越快。伸性能无明显差异，回火脆化程度一般靠韧性转变温度的上升来说明。Cr2—3%CrMo3Cr-1Mo钢，2.25Cr-1Mo钢。P、Sb、Sn、As微量元素含量对脆化影响显著，Si、Mn对脆化有促进作用。性高。脆化敏感性的程度按马氏体、贝氏体、珠光体的挨次降低。脆化是可逆的，脆化了的钢在593℃以上加热一段时间可脱脆。CrMo钢回火脆化的缘由CrMo钢长期在370-595℃期间，杂质P、Sb、Sn、As等微量有害元素向击韧性有较大影响。CrMo钢的回火脆化与化学成分和金相组织有亲热关系。回火脆化与化学成分的关系含Cr2—3%CrMo2.25Cr-1Mo钢、3Cr-1Mo钢，3Cr-1Mo钢回火脆化最严峻。CrMoPSbSnAs等微量有害元素的含量，所以降低脆化敏感性的方法是尽可能降低这些元素的含量。日本渡边等人对钢〔SbAs的影响较少表示脆化敏感系数：=〔Si+Mn〕×〔P+Sn〕×1040.15代入〕X表示：0.01%100ppm代入〕系数应掌握在120%，X系数应掌握在15ppm。CrMo钢回火脆化的措施掌握化学成分使系数应掌握在120%，X 15ppm。回火脆化是由微量有害元素沿奥氏体晶界产生偏析所致，其中P的影响最大，另外Si、Mn元素对脆化起促进作用，所以掌握钢中Si、Mn含量和微量有害物质是防止产生脆化的根本措施同时通过简易的评定钢材回火脆化倾向的方法来评定钢材可能产生的回火程度承受回火程度小的钢脆化倾向评定合格的钢有害元素P是从矿石中来的，所以必需从矿石的选矿冶炼来掌握，承受电炉或氧气转炉，如炉外精炼〔二次精炼，提高钢材内部质量，如钢色脱气、真空吹氧脱碳等〔精制脱碳精制脱硫、精制脱磷、脱氮等微量有害杂质去除技术。评定钢材回火脆化倾向的方法V型坡口冲击功的下降，通常承受脆化前后的韧脆性转变温度差VTr54来表示：冲击功〔〕

未脆化

脆化后试验温度△效，这就要长达几万小时的时间，工程上难以实现。现普遍承受美国通用电气公司开发，经美国SOCAL公司改进，在短时间内进展的使钢材产生肯定程度脆化的模拟法，即分布冷却法〔stepcoolin。转变温度的增加值VTr54来衡量钢材和焊缝金属脆化倾向的程度。此值越大，则脆化倾向越明显。空冷温度空冷〔℃〕时间分布冷却脆化处理程序取步冷前后各八组试样按-80℃、-60℃、-40℃、-30℃、-10℃、0℃、20℃、40℃88×3=248×3=24个试样共48〔其中须经-30℃的冲击试验〕得出两条转变温度曲54对应的两条曲线转变温度差VTr54值，则：VTr54+3VTr5424℃或VTr54+2.5VTr5410℃冲击功〔〕温度△A——步冷试验前冲击功与试验温度的关系曲线VTr54——经最小模拟焊后热处理的夏比〔V型坡口〕冲击功为54焦耳时对应的转变温度〔℃〔试验温度〕VTr54——经最小模拟焊后热处理+〔阶梯冷却后的夏比冲击功54焦耳时对应的转变温度的增量〔℃。CrMo钢压容在制造中的要求+回火状态供货〔当板厚时允许加速冷却〕使钢材晶粒细化，的材料。100%UT。逐张进展化学成分、力学性能的试验。+真空脱气精炼工艺冶炼的本质细晶粒冷静钢。X、脆化敏感性系数的计算应符合要求。进展回火脆化倾向评定。A、B、C、D四类，A、C类属塑性夹渣FeO，B+D2级；A+B+C+D4级。拉伸试验——MaxPWHT冲击试验——MaxPWHT、MinPWHT各一套回火脆化倾向的评定——MinPWHT弯曲——MinPWHTMaxPWHT8〕MT焊接时CrMo钢选低氢焊条，焊前预热；保持中间温度，不能低于预热温度；假设中断焊接，仍不能低于中间温度；检测：100%，全部焊缝及返修处UT——封头等成形和正火处理后。A、B、C、D，RT试验后。ISRHB≤225〔布氏硬度〕2氢脆机理——氢脆。影响氢脆的因素2〕温度——在-100℃-100℃范围内都可能产生氢脆，-30℃-30℃最为严峻。3〕材料强度影响——s越高脆化越猛烈，所以高强钢、预应变、冷加工、时效处理易引起氢脆，含C量高的氢脆性越大。钢氢脆的特征1〕具有延迟破坏的特征。3〕弹性极限不变，强度极限下降。4〕屈服极限越高，脆性越明显。在-100℃-100℃范围内可能产生氢脆。压应力不产生氢脆，只有压应力产生氢脆。氢在钢中的状态氢在钢材缺陷处以离子状态存在。中等缺陷处如晶界、相界，以原子状态存在。大的缺陷处如孔隙、裂纹、鼓泡处以分子状态存在。临氢压力容器中的氢浓度成正比，随温度上升而上升。2.25Cr-1Mo钢的平衡溶解度1C134.9(P)2exp(3280/T)1061℃ 氢分〔MPa〕 加氢反响器45418.06.28加氢反响器4358.03.71重整反响器5402.03.38重整反响器5400.82.1432〕板材在肯定温度下有含氢量。3〕有肯定的约束力。1〕S2〕S≤0.01%，S≤0.005%。改铝脱氧为硅脱氧。承受低氢焊条，焊剂预热，焊后热处理。HS。2酸洗后进展外表处理，电镀后烘烤以消退吸取的氢，焊接时湿度要小。临氢压力容器的选材高温高压时H

SCr-Mo2Cr-MoH

S腐蚀〔SH22HSHSFeHSFeSH2 2 2 2FeSH

S进一步腐蚀，但氢气能渗到FeS2FeS高温高压时H低温时

S16MnR(HIC)2低温时，H

SHS210-20子，产生极大的应力，造成氢损伤，并产生裂纹，应力腐蚀开裂。HS在水中电离2HSHHS HSHS22溶液中含有H 、HS 、S2 和H

S 分子，对金属腐蚀为氢去极化作用。2阳极反响：Fe2eFe2 Fe2S2FeS 或Fe2HSFeSHe2H2e2HH2H〔SSCC导致的氢鼓泡HB，氢致开裂〔HIC〕,应力导向氢致开裂〔SOHIC〕SSCCH

O/H2

S环境下和拉伸应力共同作用下的开裂，通常在高2SSCC，这与氢渗透有关，PHH关。

S浓度有2〔如空隙、夹渣、硫化物夹渣处〕结合成氢分子所致。在材料中加钙，掌握硫化物外形是有效的。50mg/LH

SHIC。2SOHIC是在拉应力作用下与HIC裂纹连的小鼓泡，导致的开裂，SOHICHIC结论：SSCCSSCC〔焊后热处理。HB、〔特别是剩余应力HB、、SOHICPWHT。

S20R、2

07Cr2AlMoRE 板、08Cr2AlMo、09Cr2AlMoRE09Cr2AlMoRE

H2

S+HCNHCN>51Pa，PH≤9〕2S≤0.003〔S≤0.002%P≤0.015%，板原方向≥35%。16Mn〔HICS≤0.002〔P≤0.008%，Mn≤1.3〔板〕锻件：S≤0.001%，P≤0.012%，Mn≤1.3%，Ceq≤0.43%。MnS55级以上。GB6654-1996a:应进展抗氢裂纹〔HIC〕试验〔20×20×100mm，T/2NACE,TM-0284。要求：PH=3-4.5CLR≤10%，CTR≤3%，