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奧氏體不銹鋼裝置連多硫酸應(yīng)力腐蝕與防護(hù)

文檔作者：董月香文檔來源：荊楚理工學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月21日
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第10期 57一
奧氏體不銹鋼裝置連多硫酸應(yīng)力腐蝕與防護(hù)
董月香
(荊楚理工學(xué)院， 湖北荊門448000)
[摘要]奧氏體不銹鋼在連多硫酸中發(fā)生沿晶應(yīng)力腐蝕開裂。文章分析了連多硫酸濃度、氯離子、不銹鋼熱處理狀態(tài)對(duì)開
裂的影響。防護(hù)措施可從環(huán)境、材料、應(yīng)力三方面進(jìn)行。
[關(guān)鍵詞]奧氏體不銹鋼；連多硫酸；應(yīng)力腐蝕
奧氏體不銹鋼因其具有優(yōu)異的成型性、良好
的可焊性及耐高溫特性、較高的疲勞強(qiáng)度，在各
種石化裝置中得到廣泛應(yīng)用。但是， 由于連多硫
酸引起的奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂事故[1-3]時(shí)有
發(fā)生，使其應(yīng)用受到限制。美國石油協(xié)會(huì)(API)
曾對(duì)12個(gè)煉油廠的71件不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂進(jìn)行
過調(diào)查分析， 調(diào)查結(jié)果表明，停工中所發(fā)生的開
裂大多為連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂。因此，探討奧
氏體不銹鋼連多硫酸的應(yīng)力腐蝕與防護(hù)對(duì)于合理
使用不銹鋼及安全生產(chǎn)均具有一定的意義。
1腐蝕機(jī)理
連多硫酸應(yīng)力腐蝕最易發(fā)生在高壓含氫環(huán)境
下，特別是在加氫脫硫、加氫裂化、催化重整等
系統(tǒng)中用奧氏體鋼制成的管線、加熱爐爐管及設(shè)
備上【4J。這些管線、設(shè)備在高溫、高壓、缺氧、缺
水的條件下運(yùn)行時(shí)， 原料油中的硫化氫或活性硫
會(huì)與設(shè)備表面的金屬鐵發(fā)生反應(yīng)生成FeS，此時(shí)不
會(huì)形成連多硫酸應(yīng)力腐蝕。但是，當(dāng)裝置停車、
降溫并打開設(shè)備后，含有大量O 和水分的空氣便
涌入設(shè)備，空氣中的O 和水分與設(shè)備表面的FeS發(fā)
生反應(yīng)，生成大量連多硫酸(H2SXO ，X=3，4，
5)，反應(yīng)如下：
FeS+02+H20— O3+^r2 D6
so：+H20 sQ
H 2so,+FeS— mH2S~04+nFe
HESQ+D2 H2so,
H：SO4+FeS FeSO4+H zS
H ：SO~+H s mH2s
x
06+nS
連多硫酸的生成形成了應(yīng)力腐蝕的環(huán)境。一
般認(rèn)為，該應(yīng)力腐蝕與晶間腐蝕密切相關(guān)，易于
發(fā)生敏化的奧氏體不銹鋼和其它高合金鋼比較容
易發(fā)生這類腐蝕。奧氏體不銹鋼中含碳量高時(shí)，
在焊接或高溫使用過程中，會(huì)發(fā)生碳化鉻在晶界
沉淀，引起晶界貧鉻，這些區(qū)域首先發(fā)生連多硫
酸的晶間腐蝕，接著由于拉應(yīng)力的存在，造成這
些最薄弱的區(qū)域發(fā)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂。比
如變換系統(tǒng)的不銹鋼設(shè)備、加氫精制高壓分離器
接管等工作溫度在不銹鋼敏化溫度區(qū)的設(shè)備均易
發(fā)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕破壞[3j】。
不銹鋼在連多硫酸中應(yīng)力腐蝕開裂屬于沿晶
斷裂機(jī)制，其應(yīng)力腐蝕開裂具有典型的陽極溶解
機(jī)理[6】o
2影響因素
2．1介質(zhì)因素
2．1．1連多硫酸濃度
連多硫酸濃度對(duì)不銹鋼沿晶應(yīng)力腐蝕開裂的
影響如圖IN示，隨著連多硫酸濃度的上升，溶液
pH值下降，斷裂時(shí)間隨之縮短。
翟
重
鍪
苷
馥稂度，‘I‘oU
圖1連多硫酸濃度對(duì)敏化18—8不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂的影響
注：敏化溫度65O℃／4h，應(yīng)力48MPa
2．1．2氯離子 ．
氯離子的加入會(huì)增加不銹鋼在連多硫酸環(huán)境
中的應(yīng)力腐蝕敏感性。其原因是由于氯離子半徑
作者簡介：董月香(1974一)，女，湖北鄂州人，碩士，荊楚
理工學(xué)院講師，研究方向：工程結(jié)構(gòu)完整性。
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一
58 ■腐蝕防護(hù) 2石0油10與年化第工13設(shè)卷備
小，穿透能力強(qiáng)，極易透過膜內(nèi)的孔隙，從材料
表叫牝 ? ，破壞鈍化膜，鈍化膜薄弱的地
方腐蝕優(yōu)先發(fā)生，加之材料內(nèi)部存在的“活性通
道” ，在應(yīng)力的協(xié)同作用下， 由氯離子引起的蝕
孔擴(kuò)展為裂紋， 從而加速不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕破
裂[6】。即在氯離子與連多硫酸共存的環(huán)境，氯離子
不僅增加敏化不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破裂傾向， 同時(shí)
加速連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂過程 ]。
2．2材料因素
2．2．1熱處理的影響
由于奧氏體不銹鋼連多硫酸應(yīng)力腐蝕過程與
晶間腐蝕密切相關(guān)， 因此， 固溶溫度、敏化程度
對(duì)不銹鋼在連多硫酸中的SCC的影響較大。對(duì)Ti／C
小，C未被完全穩(wěn)定化的材料， 固溶溫度越高、
敏化程度越大，越容易發(fā)生沿晶開裂 】。這是因
為，敏化使大量的C作為Cr 。c 在晶界析出， 由于
碳化鉻沉淀產(chǎn)生的貧鉻區(qū)，在連多硫酸介質(zhì)中，
引起嚴(yán)重的晶間腐蝕。在應(yīng)力作用下，加速了腐
蝕開裂的發(fā)生。
2．2．2鋼組織的影響l
具有奧氏體組織的不銹鋼， 由于碳化物在晶
界析出，所以易于敏化。但是具有鐵素體、奧氏
體雙相不銹鋼組織的鋼在連多硫酸中耐SCC性能
很好。鐵素體含量以10％為界，超過10％的就不再
發(fā)生IGSCC。
3防護(hù)措施
應(yīng)力腐蝕發(fā)生的條件是：一定的應(yīng)力水平、
特定的介質(zhì)與材料組合， 因此對(duì)于應(yīng)力腐蝕的防
護(hù)，應(yīng)從材料、應(yīng)力、環(huán)境三方面進(jìn)行控制。
3．1應(yīng)力
應(yīng)力腐蝕的發(fā)生必須有較高的應(yīng)力水平，鋼
材的應(yīng)力水平越高，越容易使奧氏體不銹鋼產(chǎn)生
應(yīng)力腐蝕開裂。通過增加壁厚來降低應(yīng)力水平的
辦法，不如采取有效措施減少或降低殘余應(yīng)力合
理。對(duì)于殘余應(yīng)力的降低，一般可從焊接與安裝
兩方面進(jìn)行。
焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循焊接規(guī)范， 比如采用低焊
接線能量施焊、合理設(shè)計(jì)坡口、焊接次序、焊接
過程中熱態(tài)錘擊每道焊道、焊后進(jìn)行適當(dāng)熱處理
以降低焊接殘余應(yīng)力。
安裝時(shí)應(yīng)盡量設(shè)法降低由于安裝所造成的殘
余應(yīng)力。如中國石化股份有限公司天津分公司加
氫裝置高壓氣液分離器， 安裝時(shí)，在接管上增加
管托，減少了安裝過程中由于變形造成的外部拉
伸應(yīng)力，對(duì)防止連多硫酸應(yīng)力腐蝕取得了很好的
效果【 。
3．2環(huán)境
在環(huán)境方面，應(yīng)當(dāng)盡量避免連多硫酸的生
成，并嚴(yán)格控制介質(zhì)環(huán)境的pH值。美國腐蝕工程
師協(xié)會(huì)(NAcE)為防止停工期間的連多硫酸應(yīng)力
腐蝕開裂而發(fā)布了RPOI70．1997標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了一系
列防護(hù)措施，使鐵的硫化物不能形成連多硫酸。
在實(shí)際操作中，針對(duì)不同的情況，可具體采
用如下措施：對(duì)停工時(shí)無需檢修的系統(tǒng)，通過充
入氮?dú)獗Ｗo(hù)并保持壓力不小于0．1MPa，可有效地
隔絕停工后濕空氣進(jìn)入設(shè)備，起到良好的防腐蝕
效果。這種方法簡單易操作，多次在裝置的實(shí)際
生產(chǎn)過程中得到應(yīng)用，效果顯著。對(duì)于停工期間
需要打開的設(shè)備和管線，采用堿洗或噴淋，中和
生成的連多硫酸，對(duì)連多硫酸應(yīng)力腐蝕可起到有
效的預(yù)防作用。
3．3材料
在材料方面， 由于連多硫酸應(yīng)力腐蝕與晶問
腐蝕密切相關(guān)， 因此，對(duì)易產(chǎn)生連多硫酸應(yīng)力腐
蝕的設(shè)備，應(yīng)避免采用含碳量高、易敏化的304
鋼，而應(yīng)采用具有穩(wěn)定化元素鈦、鈮的321、347
系列鋼種。由于鈦或鈮較鉻而言與碳有更強(qiáng)的親
和力， 因此在400 850℃加熱時(shí)發(fā)生的是碳化鈦
或碳化鈮沉淀，很少或沒有碳化鉻，避免了晶界
貧鉻，所以抗應(yīng)力腐蝕開裂能力大大提高。隨著
不銹鋼中鎳含量的升高，材料抗應(yīng)力腐蝕開裂能
力增強(qiáng)，當(dāng)鎳大于35％時(shí)，材料已具備相當(dāng)高的抗
應(yīng)力腐蝕開裂能力，鎳含量大于45％時(shí)，材料不發(fā)
生應(yīng)力腐蝕開裂，但由于高鉻鎳鋼價(jià)格昂貴， 目
前較少應(yīng)用。日本住友公司開發(fā)的347AP鋼，含碳
量在0．02％以下，Nb／C不小于15，具有較好的抗連
多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂性能 。
4總結(jié)
應(yīng)力腐蝕開裂是奧氏體不銹鋼常見的破壞
形式。根據(jù)腐蝕環(huán)境的不同有氯離子應(yīng)力腐蝕開
裂、連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂、堿致應(yīng)力腐蝕開裂
等多種類型。本文僅從連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂這
一方面進(jìn)行了討論。實(shí)際使用中的不銹鋼設(shè)備，
可能會(huì)發(fā)生各種不同的腐蝕破壞， 比如應(yīng)力腐蝕
與其它腐蝕綜合作用f】“，或者不同介質(zhì)的應(yīng)力腐
蝕綜合作用【7】。要避免這類腐蝕帶來的危害， 需要
更多的科研與工程技術(shù)人員密切關(guān)注和研究。
(下轉(zhuǎn)60頁)
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一
60一 ■維修改造 2石0油與化工設(shè)備
10年第13卷
料函壓蓋緊固在一起。每組填料函內(nèi)裝有一個(gè)石
墨浮環(huán)，每個(gè)石墨浮環(huán)前端面裝有6個(gè)小彈簧，在
彈簧力的推動(dòng)下，石墨環(huán)后端面壓緊在下一級(jí)填
料函端面， 以防止介質(zhì)徑向泄漏。石墨環(huán)的外徑
與填料函內(nèi)徑有3mm直徑的空間， 當(dāng)石墨環(huán)隨活
塞軸擺動(dòng)時(shí)， 留置的這個(gè)空間可以避免石墨環(huán)外
徑與填料函內(nèi)徑機(jī)械擠壓而損壞。石墨環(huán)內(nèi)徑與
軸的外徑的間隙6 1僅0．1Omm，介質(zhì)進(jìn)入每一道填
料函后，只能從間隙值很小的6 1泄漏出去。高壓
介質(zhì)經(jīng)過三級(jí)石墨環(huán)節(jié)流降壓后，只有少量的介
質(zhì)泄漏到填料函壓蓋處，在填料函壓蓋上加工了
與泵入口連通的螺紋孔，泄漏至此的介質(zhì)回流入
口，壓力基本接近常壓，達(dá)到了為軸封的低壓端
密封降壓的作用。
低壓端密封結(jié)構(gòu)，主要由浮動(dòng)填料函和唇形
密封圈組成。在高壓端密封中，高壓的難點(diǎn)已經(jīng)
解決，所以低壓端密封的難點(diǎn)是如何消除活塞軸
擺動(dòng)大的影響。
浮動(dòng)填料函內(nèi)裝有8組唇形四氟密封圈，通過
螺紋套壓緊后，唇形四氟圈完全能夠?qū)毫咏?
于常壓的介質(zhì)密封于浮動(dòng)填料函內(nèi)。浮動(dòng)填料函
外徑與填料函壓蓋內(nèi)徑之間留置了直徑3mm的防
接觸空間，并在此空間內(nèi)加設(shè)了彈性橡膠O型圈，
杜絕介質(zhì)從此處泄漏。浮動(dòng)填料函與填料函之間
用兩個(gè)連接螺栓連接，但螺栓并未將它們緊固在
一起， 在浮動(dòng)填料函螺栓孔內(nèi)裝了定位套，使得
螺帽只能與定位套緊固在一起，螺帽與浮動(dòng)填料
函之間保留有6 2為4mm的竄動(dòng)量。這樣，當(dāng)軸在
往復(fù)運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)徑向擺動(dòng)時(shí)， 唇形四氟密封圈、
浮動(dòng)填料函可以隨軸共同浮動(dòng)， 唇形四氟圈因避
免了強(qiáng)力擠壓受到保護(hù)，能夠充分發(fā)揮其密封性
好、耐磨損和使用周期長的特點(diǎn)。
3使用效果
自2010年1月對(duì)重油泵房P5軸封改進(jìn)投入使用
后，一改以往軸封滴漏不斷的現(xiàn)象，開車時(shí)，從
外觀上觀察， 已完全杜絕了泄漏。開車3個(gè)月后，
軸封出現(xiàn)輕微滲漏， 適當(dāng)調(diào)緊浮動(dòng)填料函的螺紋
套后，滲漏消失，軸封繼續(xù)正常運(yùn)行，大大減輕
了設(shè)備維護(hù)人員的工作量，消除了設(shè)備運(yùn)行的低
標(biāo)準(zhǔn)狀況。全部軸封改進(jìn)件均為自主加工，成本
不足3000元，保證了設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)
效益和社會(huì)效益明顯。
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(上接58頁)
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