钛盘管厂家谈石油化工钛设备的腐蚀氢脆

前言

氢脆是钛设备典型的腐蚀形式之一，钛的热力学性质非常活跃，与氢的结合力很强，钛设备在致氢环境中吸收氢达到一定程度后，就会发生脆化。

在高温含卤醋酸系统，高温高压对苯二甲酸加氢精制系统中有较多的钛设备，尽管大部分运行良好，但有些钛设备和零部件已发生了腐蚀氢脆，不仅影响生产，而且危及人身安全。分析原因除了缝隙腐蚀、疲劳开裂外，腐蚀氢脆也是一个不可忽视的重要因素。

1、钛设备发生吸氢、氢脆的条件

钛设备多是在腐蚀条件下先吸氢，达到一定程度会引起破坏，即氢脆。发生腐蚀氢脆必须同时具备下列３个条件：

１）介质的ｐＨ值低于３或高于12；

２）环境温度高于77℃但有时在较负的电位下或电化学反应产生很高氢分下也可以较低温度发生；

３）存在某种产生氢的作用过程。

钛设备在使用过程中所发生的腐蚀吸氢和氢脆的事例很多：

ａ、由于工艺反应产生氢，促使钛脆。如西南化工研究院在甲醇低压羰基合成制醋酸试验中，钛制热电偶管发生氢脆断裂。

ｂ、在高温高压尿素＋ＮＨ系统，由于全面腐蚀而吸氢。上海石化总厂和大庆石化总厂的醋酸装置脱水塔塔釜纯钛和Ti-0-0.3Mo-0.8Ni合金制的紧固筛板的螺母和卡子在135５℃，99.5％醋酸、0.4％水、0.1％甲酸条件下，使用１～２年发现表面发黑，尺寸变小，表面吸氢高达10500ｘ10^-6。经 Ｘ射线衍射结构分析，证实表面膜为TiH₂ ，其钛筛板使用８～１０年后，有几块边缘已脆断。

ｃ、由于局部腐蚀如缝隙腐蚀、孔蚀导致吸氢，如上海天元化工厂钛制湿氯冷却器胀接管口缝隙腐蚀，使受侵蚀的钛表面及邻近区域生成大量TiH₂ ，并引起鼓泡开裂。

ｄ、钛设备和零部件表面在制造、安装、检修过程中产生铁污染引起吸氢腐蚀，如美国杜邦公司发现用Ti-0.15pd合金制造的换热器，在140～150℃、55％氯化锌介质中使用几个月后，在焊缝和热影响区发生吸氢和孔蚀。据分析，主要是由于采用钢制工具机械清洗管子引起。

ｅ、采用含铁量较高的钛材料制造设备，已引起氢脆。据英国帝国工业公司报道，一台处理100～140℃氧化性酸的钛衬里反应器，使用几个月便发生了开裂，裂缝深1mm，最长达127mm，裂缝处于距焊缝不远的母材上，并平行于焊缝。据分析，吸氢量为115ｘ10^-6，而原钛材含铁量高达0.05％～0.19％，是氢脆的主要原因。

2、钛腐蚀与吸氢的关系

钛本身是一种活性金属，在还原性腐蚀介质中，像在缝隙腐蚀中pH值发生局部降低，钛会发生活性溶解，阳极上腐蚀生成钛离子，阴极上放出氢原子，氢原子较易被活性钛表面吸收，在钛晶面上析出氢化物（TiH₂ ），导致钛基体形成裂纹，一般认为TiH₂ 含量越高，分布越密，则脆性越大，如氢含量＞100ｘ10^-6时，钛的冲击韧性值急剧降低，氢含量为300～500ｘ10^-6时，延伸率也急剧降低。

3、钛设备的安全运行须重视吸氢、氢脆问题

１）应加强钛设备的无损检测，并确定吸氢程度，可根据钛表面颜色，腐蚀产物分析，表面硬度测定等可大致确定吸氢程度；

２）选钛材应同时考虑吸氢率。

在设计选用钛材时，除了要全面考虑年腐蚀率外，还必须考虑吸氢问题，对石油化工钛设备来说，许用临界氢含量有较大差别，如测得吸氢率为50×10-6/a则设备可用１２年。

３）综合评定钛设备的完好程度，见表１。

4、防止钛设备氢脆的措施

为防止钛设备发生氢脆的危险，除加强使用管理外，主要应从设计、制作和维护着手。

首先从设计和选材上慎重考虑，避免有过多的缝隙结构。钛设备制作好后，对可能出现的电偶腐蚀和焊缝腐蚀，最好经大气热氧化处理后，投入使用。

在钛设备制作，检修清洗时，应防止表面铁污染和机械划伤。焊接时应严格按照工艺规程正反面必须用氩气保护。对有些吸氢的介质可通过试验添加氧、水或Ｆｅ、Ｃｕ等氧化性阳离子，或其它缓蚀剂。这是基于其阴极反应从氢离子的放电变成氢的还原原理。

参考文献：

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