1 前言

某化工厂工艺系统两台重要压力容器设备，一台设备为加热罐(30 m3)为电加热提供蒸汽，另一台稳压罐(20 m3)，其材质均16MnR，壁厚18.0 mm，使用温度190℃，使用压力2.0 MPa，内部涂有厚度为0.02mm的锌铝层，该系统设备每天8小时运转。

2006年因加热罐在使用中发生泄漏，被迫停机开罐检验，发现锌铝层大面积腐蚀脱落；通过磁粉检测，除发现加热罐焊缝有一处贯穿性裂纹外，还发现这两台容器其他焊缝表面共有30余处裂纹(40~80 mm)，呈放射性网状居多，对裂纹处做超声波检测时发现有8～9处裂纹高度达6～14 mm，且容器内焊缝及热影响区的硬度明显偏高(HV值在180～265之间)，最终因不能保障使用安全而报废。

2 事故原因分析

2.1 材料分析

该系统两台压力容器材质均为16MnR，是一种易产生湿H2S应力腐蚀的低合金钢。通过光谱分析仪检测。发现其他元素基本正常，只有Ni(1.05％)、Si(1.12％)元素含量稍有偏高，一般其含量均控制在1.0％以下，由于Ni、Si含量偏高，使得该系统两台容器的抗湿H2S应力腐蚀能力大大降低。

2.2 残余应力的分析

统计表明，造成应力腐蚀开裂的应力，主要是残余应力，约占80％(而承载应力及热应力仅占20％)，其中焊接应力约占30％，成形加工引起的残余应力约占 45％。通过应力分析仪对这两台容器的焊缝裂纹处及其延伸焊缝进行检测，焊缝残余应力达到105～210MPa拉应力：通过硬度值分析，其硬度值超出正常值范围30％～40％，硬度值的偏高是具有残余应力的表现之一。

2.3 环境介质分析

该系统利用加热蒸汽持续不断地给橡胶轮胎加热定型，残余蒸汽再回到加热罐，重复使用(这样大大节约成本)。由于橡胶中含硫、磷量高，导致蒸汽水中含硫、磷等杂质的量也越来越高，取该系统残余水检测，其pH值在5.8～6.2之间，呈酸性。

2.4 成 因

应力腐蚀是敏感金属材料在腐蚀介质和应力的共同作用下，发生的一种破坏形式。湿H2S应力腐蚀的一般条件为：(1)敏感的金属材料；(2)特定腐蚀介质环境(一般pH≤6)；(3)一定的残余拉应力。通过上述3点已表明这两台压力容器已具备湿H2S应力腐蚀的条件，因而裂纹的产生是由湿H2S应力腐蚀所致：H2S+Fe→H2↑+FeS，即金属阳极Fe的溶解而产生裂纹，产生的H2渗入裂纹迫使裂纹扩展。

3 预防措施

该系统两台容器所发生的应力腐蚀，不同于一般的腐蚀而引起的机械破损，也不是整个容器大面积减薄，而是容器局部某一区域产生，它遵循下述规律：潜伏期—裂纹出现期—裂纹扩展期—直至断裂破坏过程，这种破坏带有较大的突然性，很难预测，只有通过增加预防措施，才能防止应力腐蚀破坏事故的发生。在这里主要从选材、制造和使用方面谈谈预防措施。

3.1 选材、制造预防

(1)HGJ15—89中规定，在湿H2S 应力腐蚀环境中，使用碳钢及低合金钢(包括焊缝金属)的化学成份应符合下列要求：①母材：S≤0.003％，P≤0.025％，Mn≤1.65％，Ni≤1.0％(尽可能不含)，Si≤1.0％；②焊缝金属：C≤0.15％，Mn≤1.6％，Ni≤1.0％(尽可能不含)，Si≤1.0％。

满足上述要求的同时，可适当加入少量抗湿H2S应力腐蚀的元素，如Cr、Mo、V、Ti、B等。

(2)容器板材加工成形到位，是减少应力集中的一种有效手段：①因筒节在加工成形未到位或未使用成形样板等工艺，会造成强力组焊而产生过高应力集中；②由于筒节的展开下料尺寸存在偏差，筒节截面(或封头直边段)不圆及封头直边段或筒节两端局部存在凹凸变形，会形成焊缝错边量超标而引起应力集中。因此。容器板材加工成形必须到位。

(3)降低压力容器焊缝及热影响区的硬度，能减少壳体及焊缝热影响区的焊接残余应力。为了降低压力容器焊缝及热影响区的硬度，首先要进行焊前预热处理；其次，适当加大容器焊缝焊接线能量，由于线能量增大，能放慢焊缝区冷却速度，不但能降低硬度，而且还能起到稳定金相组织的作用；再次紧急后热处理以减少局部应力集中。

(4)压力容器整体热处理或本体所有焊缝及热影响区热处理，是减少残余应力有效手段。对于存在应力腐蚀的容器，整体热处理不但能消除大部分由焊接、冷却和组装中引起的残余应力，而且还是降低硬度的重要措施之一。焊后热处理温度应按标准要求尽可能取上限，材料使用状态至少为正火+回火、退火、调质，对于材质为16MnR低合金钢的容器进行焊后整体热处理，可明显提高耐湿H2S应力腐蚀能力。

(5)通过实验表明铝涂层比锌铝涂层更显著提高抗湿H2S应力腐蚀能力，故把容器原有的锌铝涂层改用铝涂层，涂层厚度由原有的0.02mm提高到0.04mm，从而提高抗湿H2S应力腐蚀的能力。

3.2 使用预防

(1)蒸汽水尽可能不要循环利用。

(2)定期取系统蒸汽水分析，当其pH值接近6时应及时换水。

(3)定期给压力容器内加碱中和H2S，使pH值保持在6.8～7.5之间，以减少吸氢量和减缓腐蚀速率，或加其他缓蚀剂也可延缓其腐蚀速率。

(4)改进工艺系统，安装脱硫、磷等杂质的装置，最大限度减少湿H2S的含量。

(5)在被证实存在有湿H2S应力腐蚀倾向的情况下缩短检验周期，可提前发现问题防止事故发生。