压力容器特殊介质的使用

《压力容器安全技术监察规程》(99版)修订说明及条文解释

关于“压力容器选材与介质”的说明

原化工行业标准HCJ15—1989《钢制化工容器选用规定》，已于1998年11月修订并由国家石油和化学工业局批准发布，标准号为HG20581—1998。

在HG20581—1998中有专门章节对碳钢和低合金钢焊制容器在NaOH、湿H2S应力腐蚀环境、高温高压氢腐蚀环境以及液氨等四种介质环境中使用时，选材、制造、检验应遵循的要求进行了规定，这些规定的主要内容及措施、指标都是国际上较为一致的，且为各国工程公司或协会(如API、NACE)以文件形式予以肯定的。

现将HG20581中有关章节摘录于下，供参考。

6．7 使用介质的限制

6．7．1 NaOH溶液

碳钢及低合金钢焊制化工容器如焊后或冷加工后，不进行消除应力热处理，则在NaOH溶液中的使用温度不得大于表17所列的温度。当NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积≥5％时，也应根据NaOH溶液的浓度符合该表要求。NaOH溶液浓度≤1％或NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积<5％时，不受限制。

表17 NaOH溶液中的使用温度上限 NaOH溶液 2 3 5 10 15 20 30 40 50 60 70 (重量％) 温度上限(℃) 90 88 85 76 70 65 54 48 43 40 38

6．7．2 湿H2S应力腐蚀环境 6．7．2．1 腐蚀环境

当化工容器接触的介质同时符合下列各项条件时，即湿H2S应力腐蚀环境： a．温度≤(60+2p)℃； p为压力，MPa(表压)

b．H2S分压≥0．00035MPa即相当于常温在水中的H2S溶解度≥10-5； c．介质中含有液相水或处于水的露点温度以下； d．pH<9或有氰化物(HCN)存在。 6．7．2．2 材料要求及限制

在湿H2S应力腐蚀环境中使用的碳钢及低合金钢应符合下列各条要求； a．材料标准规定的屈服强度 σs≤355MPa；

b．材料实测的抗拉强度6b≤630MPa；

c．材料使用状态应至少为正火+回火、退火、调质状态；

d．碳当量限制(当碳当量限制超标时，应加大硬度限制的检测频度)； 低碳钢和碳锰合金：

CE≤0．40，CE＝[C]+[Mn]／6 低合金钢(包括低温镍钢)：

CE≤0．45，CE＝[C]+[Mn]／6+([Cr]+[Mo]+[V]／5)+([Ni]+[Cu])／15 e．对非焊接件或焊后经回火热处理的材料，硬度限制如下： 低碳钢 HV(10)≤220(单个值) 低合金钢 HV(10)≤245(单个值)

f．壳体用钢板厚度>20mm，应按JB4730进行超声波探伤，符合Ⅱ级要求。 6．7．2．3 制造要求 a．冷变形

冷变形量≤2％ 不需处理

>2％～≤5％ 应力消除热处理

>5％ 正火或回火

b．热处理后，不允许在接触介质一侧打钢印。 6．7．2．4 焊接

a．所有焊缝均应经焊接工艺评定，包括对焊、补焊、管子与管板焊接、堆焊、角焊等； b．在满足强度要求的前提下，尽可能采用低强度焊接材料；

c．焊接接头(包括焊缝、热影响区及母材)的硬度限制同6．7．2．2(e)要求；

d．焊接工艺评定、焊接试板及每一种焊接工艺施焊的产品焊接(一条纵缝、环缝、接管焊接和填角焊、管子／管板焊缝)均应按上述c要求进行硬度测定。产品上的硬度测定应在接触介质一侧的表面。工艺评定及试板上的硬度就在横截面上测定(距表面1．5mm处)；

e．焊接处的起弧、打弧点(包括临时焊缝处)均应在焊后热处理前打磨0．3mm以上，并作磁粉或着色检查；

f．所有焊接接头不应留下封闭的中间空隙(如衬板、加强板的四周填角焊后)，如属不可避免时，应开设排气孔；

g．不允许存在铁素体钢与奥氏体钢之间的某种金属焊接接头。 6．7．2．5 焊后热处理

原则上应进行焊后消除应力热处理，焊后热处理温度应按标准要求尽可能取上限，以保证焊接接头的硬度达到上述要求。

热处理尽量在炉内进行，当有困难时，应将含有接管等部件的筒节(或壳板)在炉内进行热处理。其余无法进行热处理的焊接接头也应采用保证硬度不大于HB185的焊接工艺施焊。 上述免除热处理，也可适用于管子与管板的焊接。 6．7．2．6 湿H2S严重腐蚀环境

容器工作条件符合下列各条工况时，为湿H2S严重腐蚀环境。 a．工作压力>1．6MPa；

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b．H2S—HCN共存，且[HCN]>50×106； c．pH≤9。

当容器处于H2S严重腐蚀环境时，除满足第6．7．2条要求外，还应符合下列要求： a．材料化学成分[S]≤0．003％ [P]≤0．025％ b．板厚方向断面收缩率 Ф≥35％(三个式样平均) ≥25％(单个式样最低值)

c．所有焊接接头必须经焊后热处理(不适用免除热处理条款)。

6．7．3 氢腐蚀环境

设计温度≥200℃与氢气氛相接触的化工容器用钢应符合本条规定。铁素体钢在高温高压氢气氛中的适用温度限制如图1规定(图略)，并应留有20℃以上的温度安全裕度。对碳素钢和珠光体耐热钢在氢气氛中的使用限制是对钢材使用状态符合钢材标准的热处理制度规定，并是对焊后经过充分消除应力热处理而言的。

奥氏体不锈钢在规定的温度及氢气压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除应力热处理。

6．7．4 液氨应力腐蚀环境

6．7．4．1 当化工容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件，即为液氨应力腐蚀环境； a．介质为液态氨，含水量不高(≤0．2％)，且有可能受空气(O2或CO2，污染的场合； b．使用温度高于零下5℃。

6．7．4．2 在液氨应力腐蚀环境中使用的低碳钢和低合金高强度钢(包括焊接接头)应符合下列要求： a．材料要求及限制按6．7．2．2(a)～(e)； b．焊接的要求按6．7．2．4(a)～(e)；

c．焊后进行热处理或采用保证硬度不大于HBl85的焊接工艺施焊；

d．液氨中添加≥0．2％的水作缓冲剂，也可作为防止应力腐蚀裂纹的辅助措施。 4．热处理温度和保温时间问题的说明

在修订本《容规》时，曾提出了降低热处理温度延长保温时间的处理办法，其规定如下：

低于规定的最低温度的温度降低值(℃) 25 50 80 降低温度后的最少保温时间(h) 2 4 10

但在最终定稿时取消了这部分内容，主要原因如下：

1．对于所有容器材料，降低焊后热处理温度延长保温时间的办法应是以合适的热处理制度为基础的。也就是说仅规定降低热处理温度后的最少保温时间，不对焊后热处理制度进行规定，难以起到控制热处理工艺的作用。而在新修订的JB／T4709—1999中对热处理制度和相应的降低热处理温度后的保温时间予以规定，可按标准执行。

2．所谓增加保温时间、降低热处理温度是指标准中规定的热处理制度不适用于特定的焊接工艺，如：在规定的热处理制度下，焊接工艺评定不合格；要求进行特殊热处理的材料等，而不是可以任意采取降低热处理温度，延长保温时间的做法。

3．关于降低热处理温度后热处理的下限温度，各国标准有不同的规定。

8．关于安全阀和爆破片的设置和选用

安全阀和爆破片的设置和选用可参照原化工部发布的行业标准HG／T20570一95《工艺系统工程设计技术规定》的第2部分HG／T20570．2—95《安全阀的设置和选用》及第3部分HG／T205．70．3—95《爆破片的设置和选用》。上述标准是目前国内能找到的有关安全阀和爆破片内容最详细的技术标准，虽然是原化工部根据化工行业的情况编制的，但对其他很多行业也都能适用。可借鉴的国外标准有美国API标准。