冶金化工設備氫腐蝕研究分析及其抑制措施

張 宏

（甘肅工業職業技術學院，甘肅 天水 741000）

冶金化工設備是冶金化工產業的重要組成部分，在冶金化工產業的發展過程中，對冶金化工設備進行日常維護是一項很重要的任務[1]。雖然相關工作人員會定期對冶金化工設備進行檢修，但是冶金化工設備氫腐蝕問題還是會經常發生。冶金化工設備的氫腐蝕問題有著多方面的形成因素，形成過程比較復雜[2]。

針對冶金化工設備經常發生氫腐蝕現象，對冶金化工設備的氫腐蝕影響因素以及氫腐蝕類型進行深入的研究與分析,并在深入研究的基礎上提出了幾種抑制冶金化工設備氫腐蝕的措施。

1 冶金化工設備氫腐蝕研究

1.1 氫腐蝕因素

影響冶金化工設備氫腐蝕的因素主要有應力腐蝕、溫度和壓力、合金元素和雜質元素等[3]。其中應力腐蝕與氫脆是兩種既相關又不同的現象。

在水溶液中發生應力腐蝕時,如果起決定性作用的是陰極過程析出的氫，那么這種破壞既是氫脆，又是應力腐蝕斷裂。而在高壓高溫氫氣中結構件的開裂,既是應力腐蝕斷裂，又是氫脆。而溫度、壓力和暴露時間的影響也會導致產生氫腐蝕現象。

冶金化工設備產生氫蝕現象主要是由作用時間、冶金化工設備材料化學成分、溫度、氫分壓等因素造成的。壓力的作用取決于設備內部混合氣體中氫所具有的分壓力，也取決于操作壓力的高低。

而在產生冶金化工設備氫腐蝕現象的眾多原因中，溫度是最重要的原因。當溫度足夠高時，即使氫分壓很低也很容易發生氫腐蝕。而冶金化工設備材料中含有Ta、Nb、Zr、Ti、V等金屬元素時就很容易通過化學反應產生很多脆弱的氫化物,這些脆弱的氫化物會導致冶金化工設備材料產生塑性下降、韌性下降、脆性上升等性能方面的變化。在所有的冶金化工設備材料中，低合金材料的氫脆傾向是最嚴重的。

1.2 氫腐蝕類型

氫腐蝕現象會對冶金化工設備的各種性能都產生影響，而根據所產生的影響，冶金化工設備發生的氫腐蝕現象可以分為兩種類型∶一種是冶金化工設備材料受到高壓高溫的影響發生氫作用后自身的材料組織產生了一些化學性質的變化,導致冶金化工設備材料變質以及設備性能減退,并且這種變化是不可逆的。另一種類型是冶金化工設備材料自身并沒有發生變化，而原子氫在冶金化工設備材料中發生了溶解現象并在溶解過程中發生了緩慢變形，導致了脆性作用的發生，但這種現象通過靜置或者真空加熱是可以恢復的。冶金化工設備氫腐蝕形式常見的有氫蝕、氫脆、氫鼓包三種。其中氫蝕是在冶金化工設備材料內部氫原子與碳原子相遇，并且在高溫高壓環境下二者發生了化學反應的現象。而氫脆是氫原子在裂紋尖端不斷滲透后,導致冶金化工設備材料的抗拉強度與延展性降低的現象。氫鼓包是氫原子在冶金化工設備的金屬內部不斷累積造成冶金化工設備發生局部變形以及因為內部壓力不斷導致上升冶金化工設備發生局部破壞的現象。

2 冶金化工設備氫腐蝕抑制措施

根據冶金化工設備氫腐蝕的機理以及氫腐蝕的類型,從結構設計、應力、材料、化工設備工作環境幾個方面選擇抑制冶金化工設備氫腐蝕的措施。結構設計抑制主要是通過對結構設計進行改進來防止腐蝕介質的富集。除此之外，電化學保護、涂層以及緩蝕劑也都可以用于抑制冶金化工設備氫腐蝕現象。

圖1 含Mo、Ni的合金材料的氫腐蝕曲線

而通過應力抑制冶金化工設備氫腐蝕現象主要是通過消除殘余應力達到避免氫脆疊加和應力腐蝕的目的。例如,冷加工后的焊件經過退火處理就可以消除殘余應力從而避免設備產生腐蝕斷裂現象。材料抑制主要是通過選用對氫脆不敏感的材料來抑制冶金化工設備氫腐蝕。例如選擇含Mo、Ni的合金材料。含Mo、Ni的合金材料的氫腐蝕曲線如圖1。

選擇含Mo、Ni的合金材料能夠很大程度上抑制冶金化工設備氫腐蝕。環境抑制的主要抑制措施有∶通過緩蝕劑消除冶金化工設備中的毒素介質，而當緩蝕劑無法消除冶金化工設備中的毒素介質時可以采用玻璃鋼襯里、鎳襯里、塑料保護層、橡膠襯里等保護措施或者選用氫滲透性低或者空穴少的冶金化工設備金屬材料。

3 結語

隨著冶金化工行業的快速發展,冶金化工生產的工況越來越復雜,冶金化工產品的種類也越來越多,因此冶金化工設備氫腐蝕問題在冶金化工設備的使用和冶金化工設備的制造中也更加受到重視。隨著人類越來越深入的研究氫腐蝕問題，相信在不久的將來冶金化工設備將會逐漸客服氫腐蝕問題。