氯离子与碱共存环境中奥氏体不锈钢设备损伤因子的确定方法
阅读：1002发布：2020-08-25
专利汇可以提供氯离子与碱共存环境中奥氏体不锈钢设备损伤因子的确定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种氯离子与 碱 共存环境中奥氏体不锈 钢 设备损伤因子的确定方法，其特征多种失效机制共存环境下设备损伤因子DF(t)为：其中，为i种主导机制的独立损伤因子和，为各种主导机制间相互影响的损伤因子和；为各种次要机制对主导机制的影响损伤因子和。本发明方法在确定损伤因子时考虑了主导机制相互作用和次要机制对主导机制的影响等因素，对API581中的有关方法进行了改进，使得 风 险评估中设备失效可能性分析更科学合理和符合实际。，下面是氯离子与碱共存环境中奥氏体不锈钢设备损伤因子的确定方法专利的具体信息内容。
1.一种氯离子与碱共存环境中奥氏体不锈钢设备损伤因子的确定方法，其特征是：
在氯离子与碱共存环境中，存在有氯离子应力腐蚀开裂ClSCC和碱应力腐蚀开裂ASCC两种机制；
当温度小于150℃时，以ClSCC为主导机制，记为F氯离子，以ASCC为次要机制，同时存在碱对氯离子应力腐蚀开裂的促进作用，记为碱对氯离子应力腐蚀开裂促进作用系数U碱-氯离子；因此有：
DF(t)=F氯离子+F氯离子U碱-氯离子 （3）
式（3）中：
F氯离子根据API 581第二部分第13章所描述的方法确定；
设置U碱-氯离子为：U碱-氯离子=0.5×T/150×D碱/20；
上式中T为温度℃，D碱为按重量百分比的碱液浓度；
当温度大于150℃时，ASCC为主导机制，ClSCC为次要机制，同时存在氯离子对碱应力腐蚀开裂的促进作用，记为氯离子对碱应力腐蚀开裂促进作用系数U氯离子-碱，因此有：
DF(t)=F碱+F碱U氯离子-碱 （4）
式（4）中：
F碱根据API 581第二部分第7章所描述的方法确定；
U氯离子-碱的选取方法为：U氯离子-碱=0.2(1+D氯离子/20)×T/150；
上式中D氯离子为氯离子重量百分比。
氯离子与碱共存环境中奥氏体不锈钢设备损伤因子的确定
方法
技术领域
[0002] 本发明涉及在存在有失效机制的环境下，设备损伤因子的确定方法，更具体地说是一种多种失效机制共存环境下设备损伤因子的确定方法。
背景技术
[0003] 介质环境中钢材腐蚀速率的确定对设计阶段材料选择与结构尺寸的确定至关重要，而在使用阶段中，设备失效可能性的确定对于设备检验周期与剩余寿命的估算更是举足轻重。
[0005] Pf(t)＝Gff×DF(t)×FMS (1)
[0006] 式中：Pf(t)为设备失效可能性；
[0007] Gff为同类设备平均失效概率，由API 581表4.1给出；
[0008] FMS是管理水平影响系数，根据API 581中给出的调查表对企业管理水平进行调查评分，再将分数转换为0.1～10间的一个数值，即管理水平影响系数；
[0009] DF(t)是指与时间相关的失效机制造成设备失效的可能性参数，被称为损伤因子。
[0010] 在API 581中对某一设备存在的k种失效模式中的每种相对应的失效机制都给出了一个可能性参数DFk，当以腐蚀减薄为主导失效机制时这个参数主要由减薄速率所决定，当以应力腐蚀开裂为主导失效机制时，这个参数则主要由应力腐蚀敏感性决定，损伤因子越大则失效可能性越大。在API581中，当多种(k种)失效机制共存时，采用简单叠加的方法来计算总的损伤因子，即DF＝∑DFk。
[0011] 比如，在实际的原油介质环境中，环烷酸与硫总是同时存在的。在API581中，这两种介质共存时，腐蚀速率的确定就是将两种单一介质独立的腐蚀速率进行简单叠加，其失效可能性也是将两个单一介质的失效可能性简单叠加，即DF＝∑DFk。但实际情况是这种处理方式存在着不合理因素。
[0012] 相关的试验研究与现场调查都发现，在相同流速下，350℃以下温度时，硫对环烷酸的腐蚀有抑制作用，因为硫腐蚀形成的FeS具有一定稳定性，附着在金属表面上，从而阻止了环烷酸对金属的进一步侵蚀，所以高硫高酸原油中，材料的腐蚀速率反而低于低硫高酸原油中的腐蚀速率。如果温度达到400℃左右，FeS保护膜就不稳定了，硫的抑制作用也就减弱了，此时高硫高酸原油的腐蚀性又提高了。因此，失效可能性很显然是于流速、温度、酸值、含硫量相关联。而API581方法中的不合理性会误导人们认为只要满足高酸高硫介质环境的材料选择与结构尺寸的确定就一定会满足高酸低硫环境，显然这样会造成不安全。
[0013] 同样，在氯离子和碱共存的环境中，奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的主导损伤机制也不相同，当温度小于150℃时，氯离子应力腐蚀开裂为主导机制，碱起到一定的促进作用，而在150℃以上温度是，碱应力腐蚀开裂则占主导，氯离子起到促进作用。但这些情况在API 581中都没有加以考虑。
发明内容
[0015] 本发明方法采用如下技术方案：
[0016] 本发明多种失效机制共存环境下设备损伤因子的确定方法的特点是：
[0017] 所述多种失效机制共存环境是指在某一服役环境中存在有导致设备失效的i种主导机制和k种次要机制；
[0018] 所述设备包括各种工业装置中的钢制承压设备和管道；
[0019] 所述多种失效机制共存环境下设备损伤因子DF(t)按式(1)获得为：
[0020]
[0021] 式(1)中：
[0022] 为i种主导机制的独立损伤因子和，Fmi为第i种主导机制独立损伤因子，i为大于1的正整数；
[0023] 为各种主导机制间相互影响的损伤因子和，Ui’-i为第i′种主导机制对第i种主导机制的影响系数；
[0024] 为各种次要机制对主导机制的影响损伤因子和，Uk-i为第k种次要机制对第i种主导机制的影响系数；
[0025] 本发明环烷酸与硫共存环境中设备损伤因子的确定方法的特点是：
[0026] 在环烷酸与硫共存环境中分别存在环烷酸腐蚀主导机制和硫腐蚀主导机制，两种主导机制的损伤因子分别记为环烷酸腐蚀损伤因子F环烷酸和硫腐蚀损伤因子F硫；同时存在硫对环烷酸腐蚀的抑制作用，记为硫对环烷酸腐蚀抑制作用系数U硫-环烷酸；因不存在次要机制，记为：Uk-i＝0，因此：所述环烷酸与硫共存环境中设备损伤因子DF(t)按式(1)获得为：
[0027] DF(t)＝F环烷酸+F硫+F环烷酸U硫-环烷酸 (2) 式(2)中：
[0028] F环烷酸是按API581第二部分附录B中表B.10M选取的腐蚀速率经计算得出损伤因子参数Art，再根据API581中表5.11转换成环烷酸腐蚀损伤因子F环烷酸；
[0029] F硫是根据SH/T 3096附录B中给出的“修正的MeConomy曲线”得出的腐蚀速率、经计算得出损伤因子参数Art、再根据API581中表5.11转换成硫腐蚀损伤因子F硫；
[0030] 硫对环烷酸腐蚀抑制作用系数U硫-环烷酸是在不同的温度条件下分别设置。
[0031] 本发明环烷酸与硫共存环境中设备损伤因子的确定方法的特点也在于：所述硫对环烷酸腐蚀抑制作用系数U硫-环烷酸在不同的温度条件下分别设置为：
[0032] 当温度小于300℃时，U硫＝0.106-0.081PS；
[0033] 当温度介于300℃～400℃时，U硫＝-0.054+0.052PS；
[0034] 当温度大于400℃时，环烷酸发生分解失去腐蚀性，U硫-环烷酸＝0；
[0035] 各式中PS为按重量百分比的介质含硫量。
[0036] 式(2)和(3)中PS为介质中按重量百分比的含硫量。
[0037] 本发明氯离子与碱共存环境中奥氏体不锈钢设备损伤因子的确定方法的特点是：
[0038] 在氯离子与碱共存环境中，存在有氯离子应力腐蚀开裂ClSCC和碱应力腐蚀开裂ASCC两种机制；
[0039] 当温度小于150℃时，以ClSCC为主导机制，记为F氯离子，以ASCC为次要机制，同时存在碱对氯离子应力腐蚀开裂的促进作用，记为碱对氯离子应力腐蚀开裂促进作用系数U碱-氯离子；因此有：
[0040] DF(t)＝F氯离子+F氯离子U碱-氯离子 (3)
[0041] 式(3)中：
[0042] F氯离子根据API 581第二部分第13章所描述的方法确定；
[0043] 设置U碱-氯离子为：U碱-氯离子＝0.5×T/150×D碱/20；
[0044] 上式中T为温度℃，D碱为按重量百分比的碱液浓度；
[0045] 当温度大于150℃时，ASCC为主导机制，ClSCC为次要机制，同时存在氯离子对碱应力腐蚀开裂的促进作用，记为氯离子对碱应力腐蚀开裂促进作用系数U氯离子-碱，因此有：
[0046] DF(t)＝F碱+F碱U氯离子-碱 (4)
[0047] 式(4)中
[0048] F碱根据API 581第二部分第7章所描述的方法确定；
[0049] U氯离子-碱的选取方法为：U氯离子-碱＝0.2(1+D氯离子/20)×T/150；
[0050] 上式中D氯离子为氯离子重量百分比。
[0051] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0052] 1、本发明方法在确定损伤因子时考虑了主导机制相互作用和次要机制对主导机制的影响等因素，对API581中的有关方法进行了改进，使得风险评估中设备失效可能性分析更科学合理和符合实际；
[0053] 2、本发明方法纠正了原API581方法中对高酸高硫介质环境和高酸低硫环境下损伤因子确定的不合理之处，改变了人们以往形成的炼油装置选材只要满足高硫高酸介质，在硫高酸高酸环境下就一定是安全的错误概念；
[0054] 3、本发明给出了一种快速判断奥氏体不锈钢在氯离子和碱共存环境下主导损伤机制判定和损伤因子的确定方法，具有较好的工程应用价值。
具体实施方式
[0055] 多种失效机制共存环境下设备损伤因子的确定：
[0056] 多种失效机制共存环境是指在某一服役环境中存在导致设备失效的i种主导机制和k种次要机制；设备是指各种工业装置中的钢制承压设备和管道等。
[0057] 多种失效机制共存环境下设备损伤因子DF(t)按式(1)获得为：
[0058]
[0059] 式(1)中：
[0060] 为i种主导机制的独立损伤因子和，Fmi为第i种主导机制独立损伤因子，i为大于1的正整数；
[0061] 为各种主导机制间相互影响的损伤因子和，Ui’-i为第i′种主导机制对第i种主导机制的影响系数；
[0062] 为各种次要机制对主导机制的影响损伤因子和，Uk-i为第k种次要机制对第i种主导机制的影响系数；
[0063] 具体实施中按如下过程进行：
[0064] 1、判定设备运行环境是否属于多种失效机制共存环境；
[0065] 2、根据试验研究和工程经验确定存在哪些主导机制和次要机制；
[0066] 3、分析是否存在主导机制间的相互影响以及次要机制对主导机制存在的影响；
[0067] 4、依据API581及其他技术文件确定各主导机制的损伤因子；
[0068] 5、根据试验研究和工程经验确定确定Ui’-i，即某一主导机制对另一种主导机制的影响系数和Uk-i，即某一次要机制对某一主导机制的影响系数
[0069] 6、按(1)式计算DF(t)
[0070] 实施例1
[0071] 环烷酸与硫共存环境设备损伤因子的确定
[0072] 在环烷酸与硫共存环境中，存在两种主导机制，分别为环烷酸腐蚀主导机制和硫腐蚀主导机制，两种主导机制的损伤因子分别记为F环烷酸和F硫；同时存在硫对环烷酸腐蚀的抑制作用，记为硫对环烷酸腐蚀抑制作用系数U硫-环烷酸；因不存在次要机制，记为：Uk-i＝0，因此：
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] 因此有：DF＝F环烷酸+F硫+F环烷酸U硫-环烷酸
[0077] U硫-环烷酸在不同温度条件下分别对应设置为：
[0078] 当温度小于300℃时，U硫-环烷酸＝0.106-0.081PS；
[0079] 当温度介于300℃～400℃时，U硫-环烷酸＝-0.054+0.052PS；
[0080] 当温度大于400℃时，环烷酸发生分解失去腐蚀性，U硫-环烷酸＝0；
[0081] PS为按重量百分比的介质含硫量wt％。
[0082] 具体实施过程：
[0083] 1、确定介质中的硫含量和酸值；
[0084] 2、根据按API581第二部分附录B中表B.10M选取的腐蚀速率经计算得出损伤因子参数Art后再根据API581中表5.11将其转换成环烷酸损伤因子F环烷酸。
[0085] 3、根据SH/T 3096附录B中给出的“修正的MeConomy曲线”得出的腐蚀速率经计算得出损伤因子参数Art后再根据API581中表5.11将其转换成硫腐蚀的损伤因子F硫。
[0086] 4、根据设备操作温度和介质中的含硫量确定U硫-环烷酸
[0087] 5、按DF＝F环烷酸+F硫+F环烷酸U硫-环烷酸计算获得DF(t)
[0088] 表1： TAN：3.0mg/g, 274℃
[0089]
[0090] 表1： TAN：4.0mg/g 302℃，
[0091]
[0092] 以上表1是在TAN为3.0mg/g、274℃、按重量百分比的不同含硫量的环境中，本发明方法与2008版API581中给出的腐蚀速率的对比情况，从表中可以看出，在这一环境下，本方法给出的腐蚀速率在含硫量较低(0.4％和0.6％)时，明显高于API581中给出的腐蚀速率，与实际检测数据更吻合。在含硫量超过1.5％时，本方法所得腐蚀速率与API 581中给出的腐蚀速率较为接近。
[0093] 以上表2是在TAN为4.0mg/g、302℃、按重量百分比的不同含硫量的环境中，本发明方法与2008版API581中给出的腐蚀速率的对比情况与表1类似。
[0094] 实施例2：
[0095] 氯离子与碱共存环境奥氏体不锈钢设备损伤因子的确定：
[0096] 在氯离子与碱共存环境中，存在有氯离子应力腐蚀开裂ClSCC和碱应力腐蚀开裂ASCC两种机制；
[0097] 当温度小于150℃时，是以CLSCC为主导机制，记为F氯离子，以ASCC为次要机制，同时存在碱对氯离子应力腐蚀开裂的促进作用，记为碱对氯离子应力腐蚀开裂促进作用系数U碱-氯离子，因此：
[0098]
[0099]
[0100]
[0101] 由此得：DF＝F氯离子+F氯离子U碱-氯离子
[0102] 其中：F氯离子根据API 581第二部分第13章所描述的方法确定；
[0103] 设置U碱-氯离子为：U碱＝0.5×T/150×D碱/20，式中T为温度℃，D碱为碱液浓度wt％。
[0104] 当温度大于150℃时，ASCC为主导机制，CLSCC为次要机制，同时存在氯离子对碱应力腐蚀开裂的促进作用，记为氯离子对碱应力腐蚀开裂促进作用系数U氯离子-碱，因此：
[0105]
[0106]
[0107]
[0108] 由此得：DF＝F碱+F碱U氯离子-碱
[0109] 其中，F碱根据API 581第二部分第7章所描述的方法确定；
[0110] U氯离子-碱的选取方法为：
[0111] U氯离子-碱＝0.2(1+D氯离子/20)×T/150；其中D氯离子为氯离子浓度ppm。
[0112] 具体实施过程：
[0113] 当操作温度小于150℃时
[0114] 1、确定介质中的氯离子和碱的浓度；
[0115] 2、确定设备的操作温度；
[0116] 3、先根据API 581第二部分第13章所描述的方法确定氯离子应力腐蚀开裂敏感性，然后转换成F氯离子。
[0117] 4、根据温度和碱浓度计算U碱-氯离子；
[0118] 5、按DF(t)＝F氯离子+F氯离子U碱-氯离子计算获得DF(t)。
[0119] 当操作温度大于150℃时
[0120] 1、确定介质中的氯离子和碱的浓度；
[0121] 2、确定设备的操作温度；
[0122] 3、先根据API 581第二部分第7章所描述的方法确定碱应力腐蚀开裂敏感性，然后转换成F碱。
[0123] 4、根据温度和氯离子浓度计算U氯离子-碱；
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