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摘要：现如今，我国的化工产业发展十分迅速，在化工产业生产发展过程中，化工设备产生氢腐蚀问题是非常常见的，如果不进行及时处理会带来比较严重的影响，甚至会影响整个化工产业的生产和发展，对化工设备氢腐蚀的抑制工作一直都是相关专业人员重点研究的问题。本文从化工设备氢腐蚀的类型入手，对化工设备氢腐蚀的因素做出了简要分析，重点分析了化工设备氢腐蚀的抑制措施。
关键词：化工设备；氢腐蚀；抑制措施
引言
化工设备的氢腐蚀是一个比较复杂的问题。化工设备氢腐蚀受设备所处的温度和压力、介质浓度、设备材料自身的金相组织状态以及结构中的应力水平和性质等因素的影响。氢腐蚀中氢的来源有“内含”的及“外来”的两种:前者指化工设备材料在冶炼及随后的机械制造(如焊接、酸洗、电镀等)过程中所吸收的氢;后者是指化工设备在致氢环境的使用过程中所吸收的氢。致氢环境既包括含有氢的气体,如H2、H2S,也包括金属在水溶液中腐蚀时阴极过程所放出的氢。本文就化工设备氢腐蚀的类型、腐蚀的影响因素进行研究分析,并在此基础上提出一些抑制氢腐蚀的措施。
1分形理论在腐蚀问题应用的可行性
腐蚀的分类有很多,常见于文献的是将化工设备腐蚀分为化学腐蚀、电化学腐蚀、高温氧化腐蚀、焊接应力腐蚀、剥层腐蚀、点状腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、疲劳腐蚀、工业大气腐蚀等。上述腐蚀分类多从腐蚀发生的内外影响因素出发进行分类,在本文中,为了讨论分形理论分析腐蚀发展过程的可行性,将腐蚀按照腐蚀破坏的发展速度快慢进行分类,分为快速破坏的腐蚀和缓慢破坏的腐蚀,采用此种分类的原因是对于快速破坏的腐蚀,应用分形理论对其进行分析没有意义,这是因为快速破坏的腐蚀,在破坏前没有明显的几何形态特征,即破坏前的几何形态特征与正常使用时差别不大,破坏过程发展迅速,破坏发生后即产生事故,因此分形理论难以对快速破坏的腐蚀过程予以跟踪分析,提出预警。而缓慢发展的腐蚀过程则相反,以常见的容器表面腐蚀坑发展为例,腐蚀坑从无到有,从少到多,从浅到深,整个发展过程有其阶段性,就腐蚀坑的几何形态而言,具有不规则性和自相似性,因此可以通过分析腐蚀各个阶段的几何形态特征,结合分形理论,得出腐蚀各个阶段的分形维数,进而提出腐蚀发展过程与分形维数变化之间的联系规律。在得到上述规律后,就可以根据该规律预测腐蚀的发展过程,为腐蚀的防治提供参考。
2化工设备氢腐蚀的因素
2.1合金元素和杂质元素的影响
化工设备的材料是不同的，很多设备中具有的一些合金元素或者是杂质元素都会对设备的使用产生影响，一些元素还很容易形成脆弱的氢化物。例如，Nb、Ta、Ti，形成的氢化物会提高设备材料的脆性，延展性就会变得非常差，材料很容易断裂。
2.2环境抑制
氢鼓包现象产生环境的影响因素是最大的，是因为在腐蚀环境中存在硫化氢或者是一些氢化物，因此只要对这些毒介质进行清除就可以了。如果不能很好的清除就可以采用另外的方法，例如，可以选择一些比较特殊的钢材，可以选择镇静钢，也可以选择一些不锈钢，如果考虑经费的问题还可以添加塑料保护层，这些方法都能够在一定程度上抑制化工设备的氢腐蚀。
2.3应力腐蚀断裂与氢脆的关系
金属的应力腐蚀断裂和氢脆是两种既经常相关而又不同的现象。在高温高压氢气中结构件的开裂,既是氢脆(HE),又是应力腐蚀断裂(SCC)。水溶液中发生应力腐蚀时,若阴极过程析出的氢对断裂起了决定性作用,则这种破坏既是应力腐蚀断裂(SCC),也是氢脆(HE)。
2.4温度、压力和暴露时间的影响
用预充氢方法研究了高合金二次硬化钢23NiCo在不同回火温度时的氢脆敏感性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆450℃回火组织充氢0.5h的试样,裂纹起始就呈现沿晶断裂特征。钢在450℃回火组织中形成的共格应变场、板条边界析出的渗碳体及缺少奥氏体使钢在此温度回火具有很高的氢脆敏感性。钢在482℃回火时,马氏体板条中析出细小弥散的M2C碳化物和在板条边界形成薄膜状的逆转奥氏体,使钢在此温度回火具有较低的氢脆敏感性和最佳的综合性能。23NiCo钢450℃回火试样的断口裂纹起始区形貌,产生氢蚀的条件主要是氢分压、温度、作用时间和钢的化学成分。压力的作用不仅取决于操作压力的高低,更取决于设备内部混合气体中氢所具有的分压力,只有氢分压的高低才能说明设备内氢的浓度。根据道尔顿分压定律,混合气体的总压力应为各组分气体分压力之和。每一组分气体的分压力就等于该气体独占混合气体原有体积时的压力,亦即氢分压取决于它在混合气体中的浓度。在操作状态下,加氢设备内部除氢外还有裂化反应产生的石油气。根据原料油的性质、催化剂的性能及生成物的不同,氢分压可以在很大范围内变化,一般在几个兆帕这一数量级上。
3化工设备氢腐蚀的抑制措施
3.1环境抑制
氢鼓包现象产生环境的影响因素是最大的，是因为在腐蚀环境中存在硫化氢或者是一些氢化物，因此只要对这些毒介质进行清除就可以了。如果不能很好的清除就可以采用另外的方法，例如，可以选择一些比较特殊的钢材，可以选择镇静钢，也可以选择一些不锈钢，如果考虑经费的问题还可以添加塑料保护层，这些方法都能够在一定程度上抑制化工设备的氢腐蚀。
3.2压力抑制
对压力进行抑制可以通过降低拉伸应力的方式，这样就能够很好的降低应力腐蚀的敏感性，也能够在一定程度上降低氢脆和应力腐蚀断裂的叠加效应。例如，当对黄铜件进行冷加工处理的时候，就可以采用消除残余应力的方式，这样就能避免应力腐蚀断裂现象的出现。
3.3材料抑制
选用对氢脆不敏感的材料,如选用含Ni、Mo的合金钢。在制造过程中,尽量避免或减少氢的产生。抗氢蚀钢可选用含有Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等元素的合金钢,如16MnR(HIC)、15CrMoR(相当于1Cr-0.5Mo)、14Cr1MoR(相当于1.25Cr-0.5Mo)、2Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.25V、3Cr-1Mo-0.25V等。抗氢钢中的Cr和Mo能形成稳定的碳化物,这样就减少了氢与碳结合的机会,避免了甲烷气体的产生。
3.4结构设计抑制
想要抑制化工设备氢腐蚀的问题还可以通过改进结构的方式。改进结构能够防止一些腐蚀介质的集中，在改进过程中还可以用上一些缓蚀剂或者是涂层，这些都能够起到抑制腐蚀的作用。
结语
总而言之，随着时代的不断发展，人们日常生活中的化工产品越来越多，化工产业也在不断的进步，但是在化工产业发展的过程中，发展情况变得越来越复杂。化工设备氢腐蚀现象越来越严重，化工企业应该充分的重视这个问题，并且积极采取一些解决措施，从而才能保证化工产业得到更好的发展。
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论文作者:赵允章,梁国磊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
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