[發明專利]材料抗氫性能的評價方法

在審

• 申請號: 201811020226.2
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN110873784A
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 許述劍;劉小輝;屈定榮;單廣斌
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 張惠明

本發明涉及一種材料抗氫性能的評價方法，主要解決現有技術中尚無材料抗氫性能的評價方法的問題。本發明通過采用一種材料抗氫性能的評價方法，通過確定實驗工藝條件、測量充氫前后材料的塑性損失和強度損失、分析充氫前后材料的組織與斷口形貌、計算材料擴散系數，對臨氫設備材料抗氫性能進行綜合評價，從而指導裝置正確開展停工過程設備恒溫脫氫處理操作的技術方案較好地解決了上述問題，可用于材料抗氫性能的評價中。

技術領域

本發明涉及一種材料抗氫性能的評價方法，屬于石油與天然氣工程技術領域。

背景技術

在高溫、高壓和臨氫環境下操作的設備，面臨氫氣滲入鋼材中產生氫損傷的危害，造成鋼材強度降低，甚至設備破壞。氫損傷包括兩種形式，第一種形式是“氫腐蝕”，即在高溫下鋼中的碳和氫進行化學反應生成甲烷，致使鋼材出現脫碳和內部裂紋。另一種形式是“氫脆”，其特征是氫擴散到鋼中后，在149℃以下鋼材的延展性降低而缺口敏感性增加。在(149℃以下，不引起裂紋擴展的、設備殼壁允許的過飽和氫最大濃度被定義為安全氫濃度Cs。如果一臺加氫裂化反應器在一個操作周期之末、開始停工時的初始氫濃度CR超過了安全氫濃度Cs，那么在反應器的停工程序中就要采取專門的措施將過飽和的氫氣從殼壁中盡可能多的排出去,以使反應器殼壁在冷到149℃以下時,所包含的氫濃度低放安全氫濃度Cs值。這個專門的措施稱為脫氫處理。

目前，煉油企業加氫裝置非計劃停工次數和停工天數明顯上升，高溫、高壓和臨氫環境下操作的設備的氫損傷是主要原因。除了選擇優質的鋼材和嚴格控制制造質量外，合理操作也是重要方面，特別是脫氫處理。因此，建立材料抗氫性能評價方法，開展加氫裝置恒溫脫氫的研究，是解決上述問題的根本方法。

2015年中國石化煉油裝置非計劃停工21次，停工天數為159天，其中，加氫裝置非計劃停工9次，占比42.8％。與2012-2014年相比，2014-2016年加氫裝置非計劃停工次數上升100％，停工天數增加100％，其中非計劃停工次數增加較多的裝置為加氫裂化、柴油加氫。設備問題是造成加氫裝置非計劃停工的主要因素，集中在高壓換熱器、空冷、機組、泵以及設備管線腐蝕。由于氫損傷主要發生在高溫部位的關鍵設備和管線，如反應器、高壓換熱器、反應流出物管線等，其造成的后果往往是非計劃停工，甚至火災爆炸事故。因此，建立材料抗氫性能評價方法，研究加氫裝置恒溫脫氫的必要性，是識別大風險的重要過程，對于防控中國石化加氫裝置的大風險具有積極的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術中尚無材料抗氫性能的評價方法的問題，提供一種新的材料抗氫性能的評價方法，具有評價結果準確的優點。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案如下：一種材料抗氫性能的評價方法，包括以下步驟：

(1)確定模擬臨氫設備操作環境的實驗工藝條件，開展材料不同溫度、壓力下的充氫和脫氫實驗；

(2)測量充氫前后材料的塑性損失和強度損失，開展在所述溫度、壓力下材料充氫特定一段時間的實驗，并進行材料慢拉伸實驗，測量充氫前、充氫后、室溫放置、不同溫度下加熱一定時間的材料塑性損失和強度損失；

(3)分析充氫前后材料的組織與斷口形貌；

(4)計算材料H擴散系數，采用電化學工作站測I-T曲線，利用公式計算材料H擴散系數，其中，I為電流密度，單位A(安培)；T為時間，單位S(秒)；L為實驗材料的厚度，單位m(米)；t_0.63為達到It/Imax＝0.63的時間，單位S(秒)；D為材料H擴散系數，單位m²/s；

(5)綜合評價，綜合分析不同溫度和壓力下，材料塑性損失和強度損失、組織與斷口形貌、H擴散系數，獲得材料抗氫性能。

上述技術方案中，優選地，步驟(1)中，開展材料分別在200℃、300℃、400℃和20MPa下的充氫和脫氫實驗。