ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Наводороживание и растрескивание стали во влажных сероводородных средах из "Коррозия и защита химической аппаратуры ( справочное руководство том 9 )" Необходимым условием наводороживания при электрохимической коррозии (в том числе и в сероводородных растворах) является протекание катодного процесса с восстановлением водорода. [c.44] Рассмотрению механизма проникновения электролитического водорода в сталь посвящена обширная литература [23—32]. [c.45] Ряд примесей в электролитах способствует значительному усилению процесса наводороживания стали. К ним относятся соединения мышьяка, серы, фосфора, селена, теллура, висмута [25]. Особенно эффективным стимулятором наводороживания сталей в водных растворах является сероводород. [c.45] В растворах типа дренажных вод из нефтезаводских аппаратов (см. выше) без добавления сероводорода проникновение водорода в стали возможно только при pH 4 при pH 4 сталь не подвергается наводорожива-нию. В сероводородных растворах (рис. 3.4) диффузия водорода в углеродистую сталь происходит во всем исследованном диапазоне pH от 1,5 до 11,5, а в хромистую сталь 0X13 при pH 6 [8, 32]. Проникновение водорода снижается с увеличением pH и резко падает при переходе от кислых к нейтральным и щелочным сероводородным растворам. [c.45] Добавление сероводорода в водные ореды значительно больше усиливает проникновение водорода в стали, чем общую коррозию металла [8]. При выдержке в достаточно кислых растворах (pH = = 1,5 4-2,0), способных вызвать наводороживание стали без добавления сероводорода, максимальная доля диффундирующего в углеродистую сталь водорода составляла 4% от общего количества водорода, восстановленного в процессе коррозии этой стали. В сероводородных же растворах (рис.3.5) эта величина достигала 40%. Таким образом, основную опасность для оборудования, эксплуатируемого в сероводородных средах, создает не общая коррозия, а наводороживание сталей. [c.45] Механизм стимулирующего действия ионов НЗ и 8 на наводороживание стали при электрохимической коррозии в водных растворах освещен в работах [10, 32]. [c.46] Установлено [5, 11] отсутствие однозначной зависимости адсорбции и диффузии водорода в стали Ст. 3, 0X13 и Х18Н10Т от температуры при коррозии в сероводородных растворах типа дренажных из нефтезаводских аппаратов в диапазоне от 25 до 90 °С. Это объясняется конкурирующим действием различных факторов, влияющих на внедрение водорода в сталь и по-разному меняющихся с температурой (ионизация железа, перенапряжение водорода, соотношение адсорбции и десорбции водорода, диффузия водорода в металле). [c.46] Многочисленные исследования показали вредное влияние поглощенного водорода на механические свойства сталей. Этот вопрос подробно рассмотрен во второй части настоящей книги. [c.46] Значительное ухудшение механических свойств в результате наводороживания приводит к возникновению так называемой водородной хрупкости стали (см. также часть вторую настоящей книги). При кратковременном действии статической нагрузки, водородная хрупкость проявляется в снижении показателей пластичности металла и сопротивления разрыву. При длительном действии статической нагрузки у наводороженного металла отмечается снижение длительной прочности и замедленное разрушение (статическая водородная усталость), а в случае действия циклической на-грузни — снижение выносливости стали (циклическая водородная усталость) [29]. Кроме того, при возникновении огромных давлений газообразного водорода во внутренних полостях металла наводороживание может вызвать разрушение стали и при отсутствии внешней нагрузки. [c.47] Низкотемпературное водородное разрушение стали при переработке нефти встречается в целом ряде установок (АВТ, АТ, термического и каталитического крекинга, ГФУ и т. д.), оборудование которых эксплуатируется в условиях воздействия нефтепро.дуктов, содержащих сероводород в присутствии водной фазы. Водородное разрушение сталЬных элементов нефтезаводского оборудования бывает двух видов сквозное (сероводородное) растрескивание и расслоение ( пузырение ) металла. Первый вид разрушения значительно более опасен. Растрескиванию в сероводородных средах подвержены только стали с относительно высокими значениями предела прочности, либо с большими внутренними напряжениями, тогда как мягкие ненапряженные стали в подобных условиях претерпевают водородное расслоение с образованием пузырей [25, 36, 37. Отмечается [37] отсутствие склонности к растрескиванию у сталей, подверженных расслоению. По-видимому, в последнем случае вследствие значительно более высокой пластичности мягких сталей внутренние напряжения, возникающие в результате наводороживания, релаксируют при образовании пузырей. Однако в ряде случаев и при расслоении стали может происходить частичное растрескивание металла с образованием несквозных трещин, простирающихся от поверхности до внутреннего пространства пузырей, что и отмечалось в практике эксплуатации нефтяного оборудования. [c.47] Давление водорода в пузырях на внутренней поверхности аппа-)атов для нефти и нефтепродуктов составляло 100 и 198 кгс/см 38]. Очевидно, что эти величины значительно меньше первоначального давления водорода во внутренних коллекторах в металле, возникновение которого привело к образованию пузырей. Около краев пузырей и у вершины имелись трещины. В обоих случаях значительно снизился запас прочности стенки и для аппаратов высокого давления возникла серьезная опасность аварийного выхода из строя. [c.47] Большинство аппаратов с водородным расслоением металла (около 70%) принадлежит к газофракционирующим установкам, защита которых (особенно аппаратов для пропановой фракции) необходима в первую очередь. [c.49] Аппараты с расслоившимся металлом были изготовлены из углеродистых сталей Ст.З и 20 и низколегированных сталей 09Г2С и 16ГС. Последние проявили более высокую склонность к водородному расслоению из строя вышли по этой причине 12,2% аппаратов из углеродистых сталей и 44,5% — из низколегированных. [c.49] Между количеством аппаратов с расслоением металла и температурой эксплуатации, а также временем до возникновения расслоения связь отсутствует. Расслоение наблюдалось в аппаратах, работающих при температурах от 30 до 150°С. Влияние давления проявляется в увеличении растворимости сероводорода из газовой фазы в водной фазе и в создании возможности существования водной фазы при более высоких температурах (за счет повышения точки кипения). Оба фактора способствуют увеличению вероятности водородного расслоения металла. Однако при достаточно больших концентрациях НгЗ и сохранении возможности существования водной фазы во всем диапазоне давлений последние практически не оказывают влияния на водородное расслоение аппаратуры. [c.49] Пузыри (вздутия) в результате водородного расслоения металла образовывались не только на внутренней, но иногда и на наружной поверхности аппаратов. Пузыри располагались преимущественно внизу аппаратов, где скапливается основная часть конденсационной воды. Однако отмечалось появление пузырей и в верхней части корпуса, что свидетельствует о возможности конденсации воды на всей внутренней поверхности аппарата. [c.49] Как правило, водородное расслоение наблюдалось у аппаратов со сроком службы 5—7 лет. Однако для пропановой фракции характерны разрушения и при меньших сроках эксплуатации (до 1 года). [c.49] На сероводородное растрескивание оказывают влияние такие факторы, как химический состав и структура стали, ее прочностные характеристики и термическая обработка, величина деформаций и внутренних напряжений в металле, наличие сварных швов, состав коррозионных сред. Рассматриваемые ниже данные о характере и степени влияния этих факторов были получены при изучении опыта эксплуатации оборудования, а также при заводских или лабораторных испытаниях напряженных образцов в сероводородных растворах. [c.50] Структура стали оказывает более существенное влияние на склонность к сероводородному растрескиванию, чем химический состав. Низколегированные стали в этом отношении обычно не отличаются от углеродистых. Склонность стали к растрескиванию в сероводородных средах обусловлена в значительной мере присутствием мартенсита в структуре [43]. Отрицательное влияние мартенсита проявляется особенно заметно, когда он располагается в виде сплошной сетки. Исследования [44] стойкости к сероводородному растрескиванию сталей с тремя основными видами структур ферритной с мелкими карбидами, мартенситной и феррито-перлит-ной — также показали нестойкость мартенситной структуры. Наибольшие время до растрескивания и внутреннее напряжение, при котором происходило растрескивание, отмечались в случае ферритной структуры. Сопротивление растрескиванию сталей с мартенситной структурой совершенно не зависело от их химического состава. [c.50] Вернуться к основной статье