前言

氫脆是鈦設(shè)備典型的腐蝕形式之一，鈦的熱力學(xué)性質(zhì)非常活躍，與氫的結(jié)合力很強(qiáng)，鈦設(shè)備在致氫環(huán)境中吸收氫達(dá)到一定程度后，就會(huì)發(fā)生脆化。

在高溫含鹵醋酸系統(tǒng)，高溫高壓對(duì)苯二甲酸加氫精制系統(tǒng)中有較多的鈦設(shè)備，盡管大部分運(yùn)行良好，但有些鈦設(shè)備和零部件已發(fā)生了腐蝕氫脆，不僅影響生產(chǎn)，而且危及人身安全。分析原因除了縫隙腐蝕、疲勞開(kāi)裂外，腐蝕氫脆也是一個(gè)不可忽視的重要因素。

1、鈦設(shè)備發(fā)生吸氫、氫脆的條件

鈦設(shè)備多是在腐蝕條件下先吸氫，達(dá)到一定程度會(huì)引起破壞，即氫脆。發(fā)生腐蝕氫脆必須同時(shí)具備下列３個(gè)條件：

１）介質(zhì)的ｐＨ值低于３或高于12；

２）環(huán)境溫度高于77℃但有時(shí)在較負(fù)的電位下或電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生很高氫分下也可以較低溫度發(fā)生；

３）存在某種產(chǎn)生氫的作用過(guò)程。

鈦設(shè)備在使用過(guò)程中所發(fā)生的腐蝕吸氫和氫脆的事例很多：

ａ、由于工藝反應(yīng)產(chǎn)生氫，促使鈦脆。如西南化工研究院在甲醇低壓羰基合成制醋酸試驗(yàn)中，鈦制熱電偶管發(fā)生氫脆斷裂。

ｂ、在高溫高壓尿素＋ＮＨ系統(tǒng)，由于全面腐蝕而吸氫。上海石化總廠(chǎng)和大慶石化總廠(chǎng)的醋酸裝置脫水塔塔釜純鈦和Ti-0-0.3Mo-0.8Ni合金制的緊固篩板的螺母和卡子在135５℃，99.5％醋酸、0.4％水、0.1％甲酸條件下，使用１～２年發(fā)現(xiàn)表面發(fā)黑，尺寸變小，表面吸氫高達(dá)10500ｘ10^-6。經(jīng) Ｘ射線(xiàn)衍射結(jié)構(gòu)分析，證實(shí)表面膜為T(mén)iH₂ ，其鈦篩板使用８～１０年后，有幾塊邊緣已脆斷。

ｃ、由于局部腐蝕如縫隙腐蝕、孔蝕導(dǎo)致吸氫，如上海天元化工廠(chǎng)鈦制濕氯冷卻器脹接管口縫隙腐蝕，使受侵蝕的鈦表面及鄰近區(qū)域生成大量TiH₂ ，并引起鼓泡開(kāi)裂。

ｄ、鈦設(shè)備和零部件表面在制造、安裝、檢修過(guò)程中產(chǎn)生鐵污染引起吸氫腐蝕，如美國(guó)杜邦公司發(fā)現(xiàn)用Ti-0.15pd合金制造的換熱器，在140～150℃、55％氯化鋅介質(zhì)中使用幾個(gè)月后，在焊縫和熱影響區(qū)發(fā)生吸氫和孔蝕。據(jù)分析，主要是由于采用鋼制工具機(jī)械清洗管子引起。

ｅ、采用含鐵量較高的鈦材料制造設(shè)備，已引起氫脆。據(jù)英國(guó)帝國(guó)工業(yè)公司報(bào)道，一臺(tái)處理100～140℃氧化性酸的鈦襯里反應(yīng)器，使用幾個(gè)月便發(fā)生了開(kāi)裂，裂縫深1mm，最長(zhǎng)達(dá)127mm，裂縫處于距焊縫不遠(yuǎn)的母材上，并平行于焊縫。據(jù)分析，吸氫量為115ｘ10^-6，而原鈦材含鐵量高達(dá)0.05％～0.19％，是氫脆的主要原因。

2、鈦腐蝕與吸氫的關(guān)系

鈦本身是一種活性金屬，在還原性腐蝕介質(zhì)中，像在縫隙腐蝕中pH值發(fā)生局部降低，鈦會(huì)發(fā)生活性溶解，陽(yáng)極上腐蝕生成鈦離子，陰極上放出氫原子，氫原子較易被活性鈦表面吸收，在鈦晶面上析出氫化物（TiH₂ ），導(dǎo)致鈦基體形成裂紋，一般認(rèn)為T(mén)iH₂ 含量越高，分布越密，則脆性越大，如氫含量＞100ｘ10^-6時(shí)，鈦的沖擊韌性值急劇降低，氫含量為300～500ｘ10^-6時(shí)，延伸率也急劇降低。

3、鈦設(shè)備的安全運(yùn)行須重視吸氫、氫脆問(wèn)題

１）應(yīng)加強(qiáng)鈦設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)，并確定吸氫程度，可根據(jù)鈦表面顏色，腐蝕產(chǎn)物分析，表面硬度測(cè)定等可大致確定吸氫程度；

２）選鈦材應(yīng)同時(shí)考慮吸氫率。

在設(shè)計(jì)選用鈦材時(shí)，除了要全面考慮年腐蝕率外，還必須考慮吸氫問(wèn)題，對(duì)石油化工鈦設(shè)備來(lái)說(shuō)，許用臨界氫含量有較大差別，如測(cè)得吸氫率為50×10-6/a則設(shè)備可用１２年。

３）綜合評(píng)定鈦設(shè)備的完好程度，見(jiàn)表１。

4、防止鈦設(shè)備氫脆的措施

為防止鈦設(shè)備發(fā)生氫脆的危險(xiǎn)，除加強(qiáng)使用管理外，主要應(yīng)從設(shè)計(jì)、制作和維護(hù)著手。

首先從設(shè)計(jì)和選材上慎重考慮，避免有過(guò)多的縫隙結(jié)構(gòu)。鈦設(shè)備制作好后，對(duì)可能出現(xiàn)的電偶腐蝕和焊縫腐蝕，最好經(jīng)大氣熱氧化處理后，投入使用。

在鈦設(shè)備制作，檢修清洗時(shí)，應(yīng)防止表面鐵污染和機(jī)械劃傷。焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照工藝規(guī)程正反面必須用氬氣保護(hù)。對(duì)有些吸氫的介質(zhì)可通過(guò)試驗(yàn)添加氧、水或Ｆｅ、Ｃｕ等氧化性陽(yáng)離子，或其它緩蝕劑。這是基于其陰極反應(yīng)從氫離子的放電變成氫的還原原理。

參考文獻(xiàn)：

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