典型工业管道损伤模.ppt

专题三、典型工业管道损伤模式,江苏省特检院南通分院 杨刘平,1.概述2.压力管道的常见失效3.压力管道典型的损伤识别4.案例（培训资料）,专题三、典型工业管道损伤模式,1.概述压力管道特点：管道输送已经成为与铁路、公路、水运、航运并列的五大运输行业之一；具有以下特点：1、数量多，标准多。2、管道体系庞大，有多个组成件、支承件组成，任一环节出现问题都会造成整条管线的失效。3、管道的空间变化大。要么是长距离却经过复杂多变的地理、天气环境；要么是在一个环境里，但是其立体空间变幻莫测。4、腐蚀机理与材料损伤的复杂性。易受周围介质或设施的影响，容易受诸如腐蚀介质、杂散电流影响，而且还容易遭受意外伤害。,专题三、典型工业管道损伤模式,5、失效的模式多样。6、载荷的多样性，除介质的压力外，还有重力载荷以及位移载荷等。7、材质的多样性，可能一条管道上就需要几种材质。8、安装方式多样，有的架空安装，有的埋地敷设。9、实施检验的难度大，尤其对于高空和埋地管道的检验，始终是个难点。由于历史、技术、管理上的原因，在设计、制造、运输、安装、使用、检验、维修等各个环节都可能存在问题，导致管道的损伤、失效甚至破坏性事故时有发生。,专题三、典型工业管道损伤模式,几个概念：压力管道损伤是指管道在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下，造成材料性能下降、结构不连续或承载能力下降。损伤模式：导致材料性能下降、结构不连续或承载能力下降的损伤类型。压力管道失效是指管道损伤积累到一定程度，管道功能不能发挥其设计规定或强度、刚度不能满足使用要求的状态。失效分析：根据损伤模式和现象，通过分析和验证，找出失效的原因，提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动。,专题三、典型工业管道损伤模式,失效在工程上俗称为故障。管道存在损伤不一定失效、不一定发生事故，而发生失效或事故则一定存在损伤。失效和事故：失效与事故是紧密相关的两个范畴，事故强调的是后果，即造成的损失和危害，而失效强调的是管道本身的功能状态。失效和事故常常有一定的因果关系，但两者没有必然的联系。,专题三、典型工业管道损伤模式,失效有三种情况：一是完全不能工作（完全丧失功能）；二是虽仍能工作，但不能完成规定的功能（功能衰退）三是能工作和完成规定功能，但不能确保安全，应更换维修。损伤与失效不同之处在于损伤是一个发生过程，失效是损伤积累到一定程度，压力管道强度、刚度或功能不能满足使用要求的状态，因此出现损伤不一定失效，而发生失效前一定存在损伤。,专题三、典型工业管道损伤模式,对于损伤模式的识别，有助于对在用管道的检测和评估，利于在管道发生失效前及时进行修复或报废处理。,专题三、典型工业管道损伤模式,压力管道存在损伤或发生失效，其有自身的特点：相对压力容器，首先，管道的直径和壁厚都要小得多，焊缝一般是环向的对接焊缝，内壁未焊透的缺陷普遍存在，缺陷一般是环向的。其次，管道导致断裂失效的载荷主要是由于管系膨胀、管系及阀件自重、强制安装等引起管道承受的弯曲载荷。内压引起的薄膜应力往往并不是主要载荷。,专题三、典型工业管道损伤模式,压力管道发生故障导致失效或事故，实质是管道应力和管道材料性能的关系，当管道某处所受应力高于材料所能承受的极限，在该处存在材料损伤发生故障，进而管道发生损伤破坏。因此，对压力管道的失效分析可以从材料性能和管道所受应力两方面考虑：材料性能结合工作环境分析，例如，高温下考虑材料蠕变；材料在腐蚀环境下性能恶化等,专题三、典型工业管道损伤模式,管道应力内压引起的应力、管道附件、管系膨胀、管系及阀件自重、强制安装等引起管道承受的弯曲载荷;结构不连续引起的应力集中，比如焊接裂纹振动疲劳载荷,专题三、典型工业管道损伤模式,压力管道损伤模式、失效分析的目的及意义寻找失效原因，避免事故重演消除安全隐患，保障管道运行提高设备性能，延长管道寿命制定合理工艺，规范设备操作识别损伤机理，提高检验效率,专题三、典型工业管道损伤模式,2压力管道常见失效2.1压力管道失效分类压力管道常常按照损伤发生的原因、产生的后果、失效时宏观变形量和失效时材料的微观断裂机制进行分类：按发生失效产生的后果或现象可分为：泄漏、爆炸、失稳。按故障发生原因大体可分为:过度变形、低应力脆断、腐蚀破坏、疲劳破坏、蠕变破坏等。,专题三、典型工业管道损伤模式,按发生故障后管道失效时宏观变形量的大小可分为：韧性破坏(延性破坏)和脆性破坏两大类。按发生故障后管道失效时材料的微观(显微)断裂机制可分为：韧窝断裂、解理断裂、沿晶脆性断裂和疲劳断裂等。习惯上往往采用混合分类方法，即以宏观分类法为主，再结合一些断裂特征可分为:韧性破坏、脆性破坏、腐蚀破坏、疚劳破坏、蠕变破坏，其他型式破坏。,专题三、典型工业管道损伤模式,2.2压力管道失效原因压力管道的主要失效原因包括：运行操作：违反操作规程、介质超标；运行管理：缺少现代安全管理体系、职工综合素质一般；检测维修：严重损伤未能被检测发现或缺少科学评价、不合理的维修工艺（尤其是停工状态的维修）；设计制造：设计缺陷、选材不当、用材错误、存在超标焊接或冶金缺陷、焊接或组装残余应力过大；外来损伤：外来机械损伤、地震、洪水、雷击、大风等。,专题三、典型工业管道损伤模式,2.3压力管道常见失效类型腐蚀通过对压力管道失效原因分析，可知腐蚀是影响压力管道系统可靠性、使用寿命及造成管道失效的主要因素之一。金属材料表面由于受到周围介质的作用而发生状态变化，从而使金属材料遭受破坏的现象称为腐蚀。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化。腐蚀会使管道整体或局部壁厚减薄，承载能力下降、造成破裂。腐蚀也会造成危害性极大的裂纹，造成管道的裂穿泄漏、严重时会造成突然破裂或爆炸。,专题三、典型工业管道损伤模式,腐蚀的分类方法按腐蚀发生的环境和条件可分为大气腐蚀，工业水腐蚀，土壤腐蚀，酸碱盐腐蚀，海水腐蚀，高温腐蚀，应力腐蚀等等。按作用的性质（机理）分为化学腐蚀和电化学腐蚀；化学腐蚀：是金属表面与环境介质发生化学作用而产生的损坏，它的特点是腐蚀在金属的表面上，腐蚀过程中有电子得失但没有电流的产生。常见的化学腐蚀有：金属氧化、高温硫化、脱碳、氢腐蚀等。电化学腐蚀是金属与电解质溶液间产生电化学作用所发生的腐蚀，它的特点是在腐蚀过程中有电流产生。像压力管道的应力腐蚀、晶间腐蚀均等属于电化学腐蚀。,专题三、典型工业管道损伤模式,专题三、典型工业管道损伤模式,按腐蚀的形态分为全面腐蚀和局部腐蚀、应力腐蚀等。,专题三、典型工业管道损伤模式,点蚀点蚀发生在金属表面较为局部的区域内，造成洞穴或坑点并向内部扩展，甚至造成穿孔。若坑口直径小于点穴深度时，称为点蚀；若坑口直径大于坑的深度时，又称为坑蚀。实际上，点蚀和坑蚀没有严格的界限。图 4.4.1 所示为典型的点腐蚀坑的各种剖面形状。点蚀通常发生在表面有钝化膜或有保护膜的金属材料上。,专题三、典型工业管道损伤模式,由于金属表面存在缺陷，当与能破坏钝化膜的活性离子（如氯离子）作用时，钝化膜被局部破坏，微小的破口处金属（阳极）与破口周围的膜（阴极）形成原电池的两极，从而产生电化学腐蚀，形成蚀孔，蚀孔形成后，孔内的氧被很快耗尽，因此只有阳极反应进行，孔内积累了带正电荷的金属离子，而氯等活性离子不断向孔内扩散，形成金属氯化物。金属氯化物水解成盐酸，盐酸使更多的金属溶解，促进阳极反应，而孔周围的保护膜却受到阴极保护。这样孔向深度方向发展，形成小而深的孔洞，直至将管道壁厚穿透，物料流出。奥氏体不锈钢管道在输送含氯离子或溴离子的介质时最容易产生点蚀。碳钢管道也可能发生点蚀，如蒸汽系统和热水系统遭受溶解氧的侵蚀，温度在 80250最为严重。,专题三、典型工业管道损伤模式,晶间腐蚀晶间腐蚀是腐蚀局限在晶界和晶界附近，而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐蚀形态。最易产生晶间腐蚀的是铬镍奥氏体不锈钢。关于铬镍奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因，已被公认的是贫铬理论。奥氏体不锈钢中碳与Cr及Fe能生成复杂的碳化物（Cr、Fe）23 C6，在高温下固溶于奥氏体中。若将钢由高温缓慢冷却或在敏化温度范围（450850）内保温时，奥氏体中过饱和的碳将和Fe、C，化合成（Cr、Fe）23 C6，沿晶界沉淀析出。由于铬的扩散速度比较慢，这样生成（Cr、Fe）23 C6所需要的 Cr 必然要从晶界附近摄取，从而造成晶界附近区域铬含量降低，即所谓贫铬。如果铬含量降到 12（钝化所需极限）以下，则贫铬区处于活化状态，它和晶粒之间构成原电池。晶界区是阳极，面积小；晶粒是阴极，面积大，从而造成晶界附近贫铬区的严重腐蚀。,专题三、典型工业管道损伤模式,常见的奥氏体不锈钢的晶间腐蚀主要发生在焊接区，特别是母材的焊接热影响区；减小奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀倾向的方法：固溶化处理或添加钛和铌的不锈钢还可用稳定化热处理；焊接时减小热输入量；采用含碳量很低的母材、焊条焊丝；,专题三、典型工业管道损伤模式,应力腐蚀应力腐蚀是金属材料在腐蚀介质和应力（主要是拉应力）共同作用下产生的一种腐蚀破坏形式。应力腐蚀是金属材料、腐蚀介质和应力三个因素相互关联的。应力腐蚀的表现形态主要是形成不断扩展的裂纹，这是一种在应力作用下的局部腐蚀。此应力可以是外加应力，也可以是金属内部的残余应力。应力腐蚀破裂通常有一个或长或短的孕育期。防止应力腐蚀开裂的措施有以下几方面：其一是降低应力水平，避免或减少局部应力集中，消除加工残余应力和焊接残余应力。其二是控制敏感环境，例如加入缓蚀剂，升高介质的 pH 值，采用电化学保护等措施。其三是正确选用材质，力求避免易产生应力腐蚀开裂的材料-环境组合。,专题三、典型工业管道损伤模式,氢损伤由于化学或电化学反应（包括腐蚀反应）所产生的原子态氢扩散到金属内部引起的各种破坏，包括氢鼓包、氢脆、脱碳和氢腐蚀（高温氢损伤）四种形态。对于高强度钢而言，氢鼓包的表现为裂纹；相反对于低强度钢而言，氢鼓包为鼓包。氢鼓包是由于原子态氢进入到金属的空隙、夹层处，并在其中复合成分子氢，由于氢分子不能扩散，就会在空隙、夹层处积累而形成巨大的内压，使金属鼓包，甚至破裂。氢鼓包主要发生在含湿硫化氢的介质中。,专题三、典型工业管道损伤模式,氢脆是指氢扩散到金属内部，使金属材料发生脆化的现象。氢脆具有可逆性，材料未脆断前，在100至150间适当进行热处理，保温24小时可以消除脆性。氢脆与应力腐蚀不同，无需应力腐蚀环境，而且在常温下更容易发生氢脆。脱碳：钢中的渗碳体在高温下与氢气作用生成甲烷：Fe3C+2H2 3Fe+CH4反应结果导致表面层的渗碳体减少，而碳便从邻近的尚未反应的金属层逐渐扩散到这一反应区，于是有一定厚度的金属层因缺碳而变为铁素体。脱碳的结果造成钢的表面强度和疲劳极限的降低。,专题三、典型工业管道损伤模式,氢腐蚀：碳钢和合金钢在高温（260）临氢环境中，因钢中的碳与氢反应生成甲烷气体，材质发生脱碳的过程，并可形成鼓泡或开裂。氢腐蚀是一种化学腐蚀，没有电化学过程。,专题三、典型工业管道损伤模式,冲刷冲刷是管道内的介质对管壁的长期冲刷，造成了管壁壁厚的减薄。冲刷是机械磨损的一种。冲刷一般伴随着冲刷腐蚀。介质流向突然发生改变，对金属及金属表面的钝化膜或腐蚀产物层产生机械冲刷破坏作用，同时又对不断露出的金属新鲜表面发生激烈的化学或电化学腐蚀，从而造成比其他部位更为严重的腐蚀损伤，故腐蚀速度较快。,专题三、典型工业管道损伤模式,裂纹裂纹是金属材料在应力或环境（或两者同时）作用下产生的裂隙。裂纹是压力管道最危险的一种故障，是导致脆性破坏的主要原因。裂纹的扩展很快，如不及时采取措施就会发生爆管。裂纹主要来源于下列两种情况:一是管材制造和管道安装过程中产生的裂纹；二是系统使用过程中产生或扩展的裂纹。,专题三、典型工业管道损伤模式,前者是管材扎制裂纹、焊接裂纹和应力裂纹，后者是疲劳裂纹和腐蚀裂纹。要根据裂纹的分类采取相应的预防措施。鼓包管道金属材料在管内压力作用下，首先产生弹性变形，当管内压力引起的应力超过材料的弹性极限（屈服点）时，除继续产生弹性变形外，同时还产生塑性变形，这种变形表现为鼓包。管道金属壁温超过其强度允许的温度时，金属强度就会下降，这时工作压力超过金属的屈服极限时，就有可能发生塑性变形，在宏观检查表现为鼓包现象。,专题三、典型工业管道损伤模式,在高温环境下，只要温度达到一定的程度，管道金属材料即使受到的拉应力低于该温度下的屈服强度，也会随时间的延长而发生缓慢持续的伸长，这就是金属材料的蠕变现象。金属材料发生蠕变破坏时具有明显的塑性变形，变形量的大小视材料的塑性而定。以上是鼓包产生的三种原因，压力管道一旦发生鼓包现象，必须停止使用！,专题三、典型工业管道损伤模式,变形压力管道由于不合理或错误的设计、安装，热应力导致管道在某些位置产生很大反力和反力矩、管系振动导致管道超出允许振动控制范围，致使管道系统发生结构（或其一部分）形状改变的现象。严重时压力管道发生整体坍塌。泄漏压力管道由于管道裂纹或爆管、腐蚀变薄穿孔、法兰及阀门密封而失效等各种原因造成的介质流溢称为泄漏。,专题三、典型工业管道损伤模式,2.4压力管道失效特点：先天原始缺陷(60%)和使用中的新生缺陷(40%)相互影响九十年代以前投用的压力管道由于制造安装质量严重失控，管道中原始缺陷较多；九十年代以后在用的新老管道由于介质腐蚀性加剧，管道中新生缺陷，尤其是介质环境引起的损伤明显增多；一般情况下管道严重损坏事故大多由原始缺陷引起，3540%是使用中的缺陷与损伤引起，原始缺陷与使用中新生缺陷是相互影响的，一条管线原始缺陷多，在使用中也容易新生缺陷，如不合理管道结构，不合适的管道组成件选型都会在使用中诱导缺陷产生；,专题三、典型工业管道损伤模式,运行过程中与时间有关的危险内腐蚀外腐蚀应力腐蚀开裂运行过程中与时间无关的危险，如第三方破环、外力破坏、误操作等,专题三、典型工业管道损伤模式,3.压力管道常见损伤模式3.1损伤模式损伤模式建立是压力管道的设计基础，设计方法（准则）必须针对损伤模式，对压力管道检验结果的评价，也是建立在损伤模式的基础上，而对压力管道运行过程损伤模式的的识别，有助于定期检验方案的制定，利于在管道发生失效前及时进行修复或报废等处理，保证压力管道在一定条件下安全运行。,专题三、典型工业管道损伤模式,损伤类型目前主要有三种不同的分类方式：欧洲标准损伤类型归纳为三大类14种，明确了针对失效模式的设计理念：第一大类为短期损伤类型，分别有脆性断裂、韧性断裂、超量变形引起的接头泄漏、超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂、弹性、塑性或弹塑性失稳(垮塌）。第二大类是长期损伤类型，包括蠕变断裂、蠕变一在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递、蠕变失稳、冲蚀、腐蚀、环境助长开裂如:应力腐蚀开裂、氢致开裂。,专题三、典型工业管道损伤模式,第三大类为循环损伤类型，包括扩展性塑性变形、交替塑性、弹性应变疲劳(中周和高周疲劳)或弹一塑性应变疲劳(低周疲劳)以及环境助长疲劳。,专题三、典型工业管道损伤模式,GB/T20801-2006压力管道规范-工业管道设计时直接和间接考虑的失效模式有五种，分别为脆性断裂、韧性断裂、接头泄露、弹性或塑性失稳、蠕变断裂。,专题三、典型工业管道损伤模式,GB/T30579-2014承压设备损伤模式识别考虑的失效模式有五大类，分别为腐蚀减薄、环境开裂、材质劣化、机械损伤和其他损伤，共73种不同的损伤模式：第1类：腐蚀减薄（25）全面腐蚀（均匀腐蚀）：盐酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、二氧化碳（碳酸）、环烷酸、苯酚、有机酸、高温氧化、大气（有、无隔热层）、冷却水、土壤、苛性碱、氯化铵、胺、高温硫化物、酸性水、甲铵腐蚀等 局部腐蚀（非均匀腐蚀、局部减薄）：微生物腐蚀、锅炉冷凝水腐蚀、燃灰腐蚀、烟气露点腐蚀等等,专题三、典型工业管道损伤模式,第2类：环境开裂（13）氯化物应力腐蚀开裂、碳酸盐、硝酸盐、碱、氨、胺、湿硫化氢破坏（氢鼓包、氢致开裂、应力导向型氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂）、氢氟酸致氢应力开裂、氢氰酸致氢应力开裂、氢脆、高温水、连多硫酸、液体金属脆断等第3类：材质劣化（15）晶粒长大、渗氮、球化、石墨化、渗碳、脱碳、金属粉化、相脆化、475C脆化、敏化晶间腐蚀回火脆化、辐照脆化、钛氢化、再热裂纹、脱金属腐蚀、等等,专题三、典型工业管道损伤模式,第4类：机械损伤（11）机械疲劳、热疲劳、振动疲劳、接触疲劳、机械磨损、冲刷、汽蚀、过载、热冲击、蠕变、应变时效等等第5类：其他损伤（9）高温氢腐蚀、腐蚀疲劳、冲蚀、蒸汽阻滞、低温脆断、过热、耐火材料退化、铸铁石墨化腐蚀、微动腐蚀等等,专题三、典型工业管道损伤模式,3.2常见损伤模式1.腐蚀减薄金属材料表面由于受到周围介质的作用而发生状态变化，从而使金属材料遭受破坏的现象称为腐蚀。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化。金属材料的腐蚀是冶金的逆过程，冶金过程是通过人为提供能量，将金属由化合态转变为金属单质的过程，而腐蚀是不需要人为提供能量，金属由其单质转变为化合态的过程，互为逆过程。,专题三、典型工业管道损伤模式,腐蚀减薄是指管道材料在腐蚀性介质或腐蚀环境的作用下，材料发生损失所造成的厚度减薄。压力管道的腐蚀是由于受到内部输送物料及外部环境介质的化学或电化学作用（也包括机械等因素的共同作用）而发生的破坏。从能量角度来讲，腐蚀是一种能量转化的过程，被腐蚀的物质处于不稳定的较高能量状态，向低能态物质过渡并释放多余的能量，以生成稳定的能量较低的腐蚀产物，这就是是腐蚀发生的本质原因。,专题三、典型工业管道损伤模式,管道的腐蚀减薄主要有盐酸腐蚀、电化学腐蚀、硫酸腐蚀、氢氟酸腐蚀、层下腐蚀、碱腐蚀、冲蚀等。1.）盐酸腐蚀损伤描述及损伤机理 金属与盐酸接触时发生的全面/局部腐蚀。Fe+2HClFeCl2+H2损伤形态 碳钢和低合金钢：一般表现为均匀减薄，存在介质局部浓缩或露点腐蚀时表现为局部腐蚀或沉积物下腐蚀。,专题三、典型工业管道损伤模式,奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢：表现为点状腐蚀，形成直径为毫米级的蚀坑，甚至可发展为穿透性蚀孔。敏感材料碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢。主要影响因素 盐酸浓度：腐蚀速率随着盐酸浓度的升高而增大。沉积的氯化物下可形成局部的氯化氢水溶液，水溶液的pH值低于4.5时对碳钢和低合金钢的腐蚀性较强；温度：腐蚀速率随着温度的升高而增大；,专题三、典型工业管道损伤模式,合金成分：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢抗蚀能力较差；蒙乃尔合金、钛（含钛合金）和镍（含镍合金）抗性较好；尤其在温度不高的稀盐酸中耐腐蚀性能强；氧化剂：氧化剂(氧气、铁离子和铜离子)会加速镍基合金的腐蚀。钛在氧化性氛围中优良，但在干HCl环境中快速腐蚀。,专题三、典型工业管道损伤模式,易发生的装置或设备在常压塔塔顶系统中，塔顶蒸汽流降温形成含盐酸的冷凝液，其pH值较低，可对管道造成快速腐蚀。加氢装置中的反应产物含有HCl，在冷凝后会形成盐酸腐蚀。废气系统含有氨和盐酸，容易形成氯化铵盐的垢下腐蚀，蒸馏工段可发生严重的盐酸露点腐蚀。催化重整装置中的催化剂中氯被置换形成盐酸，对废气系统、再生系统造成腐蚀，当含盐酸蒸汽流经分馏工段时，可导致盐酸露点腐蚀。,专题三、典型工业管道损伤模式,氯丙烯装置中盐酸吸收塔塔底进入的 HCl 气体吸收后成为盐酸，氯化氢气体入口及盐酸出口管易发生盐酸腐蚀。主要预防措施常减压装置：控制原油塔进料中的氯化物，使液体中的氯化物含量不超过20ppm；改善材质适应性，可将碳钢升级为镍基合金或钛；进行注水稀释，急冷工艺物料，通过稀释降低盐酸浓度；按pH值情况在脱盐装置下游注入适量苛性碱，控制碱液温度、浓度和注入量，避免进料预热系统的碱应力腐蚀开裂和积垢；将缓蚀剂（氨、中和胺和成膜胺等）注入常压塔塔顶操作温度在露点以上的管线；,专题三、典型工业管道损伤模式,加氢装置：降低上游装置中氯化物盐、盐酸胺盐的夹带量；降低氢气中盐酸夹带量，可安装专用洗涤器或保护床；易发生盐酸腐蚀的部位采用耐蚀镍基合金；催化重整装置：采用与上述加氢装置相同的措施；降低进料中的水和/或含氧物质，减少催化剂中氯化物脱离量；采用加装特殊吸附剂的脱氯设备；氯丙烯装置：内衬橡胶类非金属材料；内衬环氧树脂类非金属材料。一句话就是：降低盐酸浓度；材料升级或加内衬，如换成耐盐酸蒙乃尔合金、钛或者内衬非金属材料。,专题三、典型工业管道损伤模式,常压塔顶油气线内壁及压力引出口盐酸腐蚀形貌,专题三、典型工业管道损伤模式,检测/监测方法均匀减薄：宏观检查和腐蚀部位壁厚测定；点蚀点蚀坑/蚀孔：宏观检查；内腐蚀外检：自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描减薄部位壁厚测定；介质的pH值、氯化物含量的测定和监控；腐蚀探针/腐蚀挂片：监控实时腐蚀速率。相关或伴随的其他损伤氯化铵腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂。,专题三、典型工业管道损伤模式,2.）硫酸腐蚀损伤描述及损伤机理硫酸腐蚀是指金属与硫酸接触时发生的腐蚀。其损伤机理如下式所示：Fe+H2SO4（稀）FeSO4+H2 Fe+2H2SO4（浓）FeSO4+2H2O+SO2损伤形态由稀硫酸引起的金属腐蚀通常表现为壁厚均匀减薄或点蚀，碳钢焊缝和热影响区易遭受腐蚀，在焊接接头部位形成沟槽。浓硫酸多在与金属接触部位形成局部腐蚀，可引起钢制管道的钝化，阻止腐蚀的进行。,专题三、典型工业管道损伤模式,敏感材料碳钢、合金钢、奥氏体不锈钢、高硅铸铁、高镍铸铁、哈氏合金都会发生硫酸腐蚀现象，耐蚀能力由低到高。主要影响因素酸浓度：酸浓度低于65%（质量比），则碳钢腐蚀速率较大；流速：流速超过0.6米/秒，碳钢腐蚀速率较大；温度：浓硫酸与水混合时产生热量，混合点温度升高，腐蚀速率较大；,专题三、典型工业管道损伤模式,合金含量：碳钢、奥氏体不锈钢、高硅铸铁、高镍铸铁、镍基合金（耐蚀能力从低到高）；腐蚀杂质：氧化剂加快腐蚀。易发生的装置或设备硫酸烷基化装置中易受硫酸腐蚀部位包括反应器废气管线、再沸器、脱异丁烷塔塔顶系统和苛性碱处理工段。废水处理装置中硫酸通常在分镏塔和再沸器的底部蓄积，与这些部位相连接的管道内硫酸变浓，腐蚀性也较强。,专题三、典型工业管道损伤模式,硫酸装置管线弯头及直管内壁酸性气腐蚀形貌,专题三、典型工业管道损伤模式,主要预防措施使用奥氏体不锈钢和镍基合金等材料时，可先在表面形成一层保护性硫酸铁膜，抵抗稀硫酸腐蚀；选材时根据硫酸的实际浓度、流速和温度等选择对应等级的材质；条件允许可注入适量苛性碱中和酸值。,专题三、典型工业管道损伤模式,检测/监测方法宏观检查和腐蚀部位壁厚测定；内腐蚀外检：自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描减薄部位壁厚测定；测定和监控介质的pH值；腐蚀探针/腐蚀挂片：监控实时腐蚀速率。,专题三、典型工业管道损伤模式,3.）氢氟酸腐蚀损伤描述及损伤机理氢氟酸腐蚀是指金属与氢氟酸接触时发生的腐蚀。其损伤机理为：Fe+2HFFeF2+H2损伤形态碳钢的腐蚀表现为全面减薄或严重局部减薄，腐蚀后易形成氟化亚铁垢皮；蒙乃尔合金遭受腐蚀时多表现为全面减薄，且很少有积垢现象。,专题三、典型工业管道损伤模式,腐蚀发生时也可能伴随氢脆、氢鼓包和/或氢致开裂以及应力导向氢致开裂。敏感材料碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、铜-镍合金、蒙乃尔合金等材料均会产生氢氟酸腐蚀现象。主要影响因素流速：碳钢在干浓酸中形成一层保护性的氟化物垢皮，在高流速或强紊流作用下，保护性垢皮损失会导致腐蚀速率加快；,专题三、典型工业管道损伤模式,浓度：水的存在会破坏氟化物垢皮的稳定性，并将其转变为非保护性垢皮；温度：温度升高腐蚀速率增大；碳钢中残留的Cu、Ni、Cr的离子，可加速氢氟酸腐蚀；介质具有氧化性时会增大碳钢的腐蚀速率。易发生的装置或设备操作温度高于 66的管道，包括泄压阀入口、小口径放气口和排气口的盲管段，以及位于异构体汽提塔、脱丙烷塔和氢氟酸汽提塔、丙烷汽提塔塔顶部位的管道等；,专题三、典型工业管道损伤模式,氢氟酸烷基化装置中临氢氟酸环境的管道以及含酸火炬气管道。主要预防措施监测操作温度超过66的碳钢管道的壁厚，对已发生严重减薄，不能满足使用要求可提高材料等级，如采用蒙乃尔合金；在使用中控制进料中水、氧和其它腐蚀杂质；控制碳钢中残留的Cu、Ni、Cr三种元素的总含量不超过0.2%（质量分数）,专题三、典型工业管道损伤模式,氢氟酸烷基化装置蒙乃尔400合金法兰上的穿晶型应力腐蚀裂纹,专题三、典型工业管道损伤模式,检测/监测方法宏观检查和腐蚀部位壁厚测定；内腐蚀外检：自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描减薄部位壁厚测定；相关或伴随的其它损伤模式伴随氢氟酸腐蚀的失效模式还可能有氢氟酸致氢应力开裂。,专题三、典型工业管道损伤模式,专题三、典型工业管道损伤模式,4.）层下腐蚀损伤描述及损伤机理层下腐蚀是指敷设保温层等覆盖层的金属在覆盖层下发生的腐蚀，又称为大气腐蚀。其损伤机理为：阳极反应：Fe Fe22e Fe2 Fe3e阴极反应：O22H2O4e4OH（中性或碱性溶液）O24H4e2H2O（酸性溶液）,金属材料在大气条件下，遭受大气腐蚀有三种类型：干燥的大气腐蚀、潮湿的大气腐蚀和可见液膜下的大气腐蚀。损伤形态碳钢和低合金钢发生腐蚀时主要表现为覆盖层下局部腐，隔热层下腐蚀常形成覆盖在腐蚀部件表面的片状疏松锈皮；奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢会产生点蚀和局部腐蚀。如隔热材料含有氯化物，还有可能发生氯化物应力腐蚀开裂，在80150范围内尤为明显；,专题三、典型工业管道损伤模式,专题三、典型工业管道损伤模式,铝、镁和钛等金属发生层下腐蚀后可在表面生成一层氧化膜，并失去表面金属光泽；铜在遭受层下腐蚀时易在金属表面生成绿色腐蚀产物。敏感材料碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢主要影响因素大气成分：含有氯离子的海洋大气和含有强烈污染的潮湿工业大气易导致严重层下腐蚀；覆盖层防护质量：如果覆盖层防护不严密，覆盖层的间隙处或破损处容易容易渗水，水的来源比较广泛，可能来自雨水的泄漏和浓缩、冷却水塔的喷淋、蒸汽伴热管泄漏冷凝等。渗水可导致碳钢和低合金钢的腐蚀，如果渗水中含有氯离子并浓缩聚集，也可导致奥氏体不锈钢的点蚀；,温度：多发生在-12120温度范围内，尤以5093区间最为严重；运行：冷热循环运行或间隙使用可能加速腐蚀。易发生的装置或设备所有敷设保温层等覆盖层的装置和设备中覆盖层破损处；用蒸汽等进行加温伴热的设备和管道；法兰和其它管件的覆盖层端口；年降雨量较大地区或沿海地区的设备；乙烯裂解装置：碳二系统的乙烯低温管道和碳三系统的丙烯低温管道。,专题三、典型工业管道损伤模式,某电厂设备及管线保温层下腐蚀形貌,专题三、典型工业管道损伤模式,主要预防措施防腐涂层：可使用有机、无机涂层和金属镀层；选材：可选用耐候钢、不锈钢，或者在材料冶炼过程中加入Cu、P、Cr、Ni等合金元素；控制覆盖层质量：一般认为覆盖层良好的情况下几乎不会发生层下腐蚀，对于覆盖层破损的部位应及时进行修复；环境保护：增强大气环境保护，减少大气中的污染物含量；操作温度：如果工艺允许尽量避开层下腐蚀敏感温度区间运行。奥氏体不锈钢应采用低氯隔热层，降低氯化物应力腐蚀开裂可能性。,专题三、典型工业管道损伤模式,检测/监测方法检测方法一般为覆盖层宏观检查和覆盖层破损部位/有怀疑部位壁厚测定；导波法可对未拆除覆盖层部位进行一定条件下的截面腐蚀减薄量检测；可采用脉冲涡流对不拆除隔热层的管道进行测厚；红外热成像检测设备或管道的隔热层完好状况。相关或伴随的其它损伤模式可能会伴随大气腐蚀、氯离子应力腐蚀开裂、高温氧化腐蚀。,专题三、典型工业管道损伤模式,5.）碱腐蚀损伤描述及损伤机理高浓度的苛性碱或碱性盐，或因蒸发及高传热导致的局部浓缩引起的金属腐蚀。损伤形态局部浓缩致碱腐蚀表现为局部腐蚀，锅炉管道的腐蚀沟槽或热障垢层下的局部减薄均属此类；垢下局部腐蚀在垢层的遮掩下一般不太明显，使用带尖锐前端的设备轻击垢层可有助于观察到局部腐蚀情况；,专题三、典型工业管道损伤模式,水汽界面的介质浓缩区域在腐蚀后形成局部沟槽，立管可形成一个环形槽，水平或倾斜管可在管道顶端或在管道相对两边形成纵向槽；温度高于79的高强度碱液可导致碳钢的均匀腐蚀，温度升高至93时腐蚀加剧。敏感材料碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢。主要影响因素碱浓度：碱浓度越高，腐蚀越严重。这里的碱指总碱量，包括工艺注碱、药剂含碱、泄漏混入碱盐；局部浓缩度：蒸发、沉积、分离等局部浓缩形成高浓度碱区；,专题三、典型工业管道损伤模式,温度：温度越高腐蚀越严重。易发生的装置或设备锅炉和蒸汽发生器，以及部分换热器；常减压蒸馏装置原油进料注碱后部流程管道；常减压蒸馏装置预热器、加热炉炉管和转油线内的注碱部位，尤其是注入的碱不能和油气充分混合时可能发生严重局部腐蚀；乙烯裂解装置：压缩系统的注碱管道、碱洗塔三段碱洗段；采用碱进行产品脱硫的装置。,专题三、典型工业管道损伤模式,锅炉水冷壁管内壁碱腐蚀形貌,专题三、典型工业管道损伤模式,主要预防措施优化设计：注入足量的水来降低碱浓度，或减少碱盐量；优化注碱设施：注碱设施应能对注入碱和介质进行有效的混合，避免碱在高温部位发生浓缩；碳钢和奥氏体不锈钢在 66以上的高浓度碱液中有严重的腐蚀倾向，蒙乃尔合金和一些镍基合金腐蚀速率相对较低。,专题三、典型工业管道损伤模式,检测/监测方法超声波测厚：碱致均匀腐蚀；目视检测和超声波测厚：碱致局部腐蚀；注入点监测：对注入点下游进行腐蚀监测，如定点测厚、导波检测和射线扫描；无法打开检测的蒸汽发生器可用内窥镜辅助目视检测。相关或伴随的其它损伤模式碱腐蚀同时还可能伴随有蒸汽阻滞。,专题三、典型工业管道损伤模式,6.）环烷酸腐蚀损伤描述及损伤机理在177427温度范围内，环烷酸对金属材料的腐蚀。2RCOOHFeFe(RCOO)2H2.损伤形态 高流速区可形成局部腐蚀，如孔蚀、带锐缘的沟槽；低流速凝结区，碳钢、低合金钢和铁素体不锈钢的腐蚀表现为均匀腐蚀或孔蚀。,专题三、典型工业管道损伤模式,敏感材料碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、镍基合金。主要影响因素酸值：腐蚀速率随烃相酸值的增加而增大，烃相指不含游离水的热干烃，酸值通常用中和值或总酸值表征。原油中不同环烷酸其腐蚀性不一，腐蚀速率与总酸值的关系不能完全对应，是由实际介质成分决定的；,专题三、典型工业管道损伤模式,温度：通常发生在温度范围为218400的烃相介质中，随着温度的升高腐蚀加剧，超过这个温度范围偶见腐蚀发生；硫含量：烃相中的硫可反应生成硫化亚铁保护膜，对环烷酸腐蚀有减缓作用，硫含量越低，对环烷酸腐蚀越有利；流速：流速越高，腐蚀速率越大；相态：两相流（气相和液相）、湍流区、蒸馏塔的气相露点部位腐蚀严重；,专题三、典型工业管道损伤模式,材料：合金中Mo元素可以提高耐蚀性，Mo含量下限为2%（质量比），具体Mo含量可根据原油及物料中的总酸值确定。易发生的装置或设备常减压装置加热炉炉管、常压和减压转油线、减底油管线、常压瓦斯油循环系统，减压渣油和减压瓦斯油循环系统。以一次加工为高酸原油的减压渣油为原料的延迟焦化装置轻油系统和蜡油系统中可能发生环烷酸腐蚀；管道高流速、湍流、流向改变的部位，如阀门、弯头、三通、减压器位置，以及泵内构件、设备和管道焊缝、热偶套管等流场受到扰动的部位；,专题三、典型工业管道损伤模式,常压塔、减压塔内构件在闪蒸区、填料和高酸物流凝结或高速液滴冲击的部位易发生腐蚀；常减压装置的下游装置内注氢点之前热烃物料系统。主要预防措施掺炼：原设计不耐环烷酸腐蚀的装置或系统部件，原料油混合掺炼，降低酸值或适当提高硫含量；选材：使用Mo含量高的合金来提高耐蚀性，严重腐蚀时宜采用022Cr19Ni13Mo3奥氏体不锈钢；缓蚀剂：选用合适的缓蚀剂。,专题三、典型工业管道损伤模式,检测/监测方法监测工艺条件：原油和侧线物流中的酸值监测，确定酸在不同馏分中的分布；测厚：采用宏观检查超声波测厚，检测壁厚变化；射线检测：射线检测可有效检出局部腐蚀区域；探针或挂片：设置电阻腐蚀探针和腐蚀挂片；腐蚀产物监测：检测物流中的Fe和Ni含量来评估系统的腐蚀程度；氢通量监测：使用氢探针监测氢通量；流场分析，确定管道系统高流速或湍流部位。相关或伴随的其它损伤模式可能会伴有高温硫化物腐蚀（无氢气环境）,专题三、典型工业管道损伤模式,7.)酸性水腐蚀（酸式酸性水）损伤描述及损伤机理含有硫化氢且pH值介于4.5和7.0之间的酸性水引起的金属腐蚀，介质中有时可能含有二氧化碳。阳极反应：Fe Fe2+2e阴极反应：2H+2eH2损伤形态碳钢的酸性水腐蚀一般为均匀减薄，有氧存在时易发生局部腐蚀，形成沉积垢时可能发生垢下局部侵蚀，含CO2的环境可能伴有碳酸盐应力腐蚀；,专题三、典型工业管道损伤模式,奥氏体不锈钢易发生点蚀、缝隙腐蚀，有时伴有氯化物应力腐蚀。敏感材料碳钢耐酸性水腐蚀能力较低；奥氏体不锈钢、铜合金和镍基合金对酸性水腐蚀不敏感。主要影响因素H2S浓度：腐蚀速率随酸性水中H2S浓度的升高而增大，酸性水中H2S浓度取决于气相中H2S分压、温度和pH值，在一定的压力下，酸性水中的H2S浓度随温度增加而降低；,专题三、典型工业管道损伤模式,pH值：H2S浓度增加会降低溶液的pH值，最低可达4.5，形成较强的酸性环境，腐蚀加剧。pH高于4.5时会形成硫化亚铁保护膜，降低腐蚀速率。有些场合则可能形成一个多孔的硫化物厚膜，不仅不能降低均匀腐蚀速率，甚至会加剧垢下腐蚀；杂质：HCl和CO2会降低pH值（酸性更强），氨会增加pH值且可能形成碱性酸性水，即硫氢化铵腐蚀。空气或氧化剂的存在会增加腐蚀，并导致点蚀或垢下腐蚀；流速：高流速冲刷易致硫化亚铁保护膜被破坏，腐蚀速率增大。,专题三、典型工业管道损伤模式,易发生的装置或设备催化裂化装置和焦化装置的气体分离系统塔顶H2S含量高、NH3含量低的部位；乙烯裂解装置裂解与急冷系统的急冷部分：急冷水塔顶裂解气至压缩部分的裂解气压缩机入口流程，包括急冷水塔顶及相连管道；汽油分馏塔塔顶裂解气至急冷水塔进料流程，包括汽油分馏塔塔顶、急冷水塔进料（未注氨）；,专题三、典型工业管道损伤模式,乙烯裂解装置压缩系统：裂解气自急冷水塔顶至裂解气压缩机14段流程，包括14段间分离罐顶部、换热器壳程、碱洗塔进料及相连管道；裂解气压缩机14段分离罐底部冷凝的裂解汽油至汽油汽提塔流程，包括14段间分离罐底部、汽油汽提塔进料及相连管道；裂解气压缩机14段分离罐底部冷凝的冷凝水至急冷水塔流程，包括14段间分离罐底部、急冷水塔进料及相连管道；汽油汽提塔顶轻烃返回压缩机入口流程，包括汽油汽提塔顶及相连管道；汽油汽提塔釜裂解汽油部分回流，部分送出界区流程，包括汽油汽提塔釜、换热器管程或壳程及相连管道。,专题三、典型工业管道损伤模式,主要预防措施温度低于60可用奥氏体不锈钢，且基本不用考虑氯化物应力腐蚀开裂问题；铜合金和镍基合金一般不易发生酸性水腐蚀。但当存在氨时，铜合金会发生腐蚀。检测/监测方法壁厚测定：碳钢腐蚀一般为均匀减薄，在高流速或湍流区域会发生局部腐蚀，尤其在水汽凝结的部位，可采用超声波检测或射线扫描确定局部减薄状况；,专题三、典型工业管道损伤模式,工艺和腐蚀监测：酸性水应定期进行pH值监测；探针或挂片：设置探针或挂片，监测腐蚀程度。相关或伴随的其它损伤模式可能会伴随湿硫化氢破坏、碳酸盐应力腐蚀开裂。,专题三、典型工业管道损伤模式,8.）胺腐蚀损伤描述及损伤机理胺处理工艺中碳钢发生的均匀腐蚀和/或局部腐蚀，并非胺本身直接产生腐蚀，而是胺液中溶解的酸性气体（二氧化碳和硫化氢）、胺降解产物、耐热胺盐和其他腐蚀性杂质引起。损伤形态介质流速较低时多为均匀腐蚀；介质流速高并伴有紊流时，多为局部腐蚀；沉积物处表现为垢下腐蚀。,专题三、典型工业管道损伤模式,敏感材料碳钢、低合金钢主要影响因素介质：对碳钢和低合金钢的腐蚀性从大到小的次序依次为单乙醇胺（MEA）、二甘醇胺（DGA）、二异丙胺（DIPA）、二乙醇胺（DEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）；胺浓度：贫胺溶液导电性差和/或pH值高，一般没有腐蚀性。胺液中耐热胺盐（HSAS）浓度超过2%（质量分数）时，腐蚀速率显著增大；杂质：氨、硫化氢和氰化氢等杂质会加速腐蚀，多发生于再生塔顶冷凝器、出口管线，以及回流管线、阀和泵出；,专题三、典型工业管道损伤模式,温度