承压设备损伤模式识别
1 范围
本标准规定了承压设备主要损伤模式的定义、机理、形态、影响因素、敏感材料、易发装置和设备、主要预防措施、检测方法、相关或伴随的其他损伤模式等。 本标准适用于承压设备的设计、制造、检验、安全管理、检修、事故分析与统计，为承压设备的事故调查分析和确定我国各类承压设备通用失效数据库提供依据。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适应于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适应于本文件。
API RP 571 《炼油设备中的失效机理》
API RP 580 《基于风险的检验》
3 术语和定义
GB/T XXXX.1- XXXX《承压设备系统基于风险的检验实施导则第1部分：基本要求和实施程序》界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
构件材料在腐蚀介质或腐蚀环境的作用下，材料被腐蚀，造成的厚度减薄。
3.2
环境开裂environmental cracking
构件材料在介质或环境作用下发生的开裂，包含应力腐蚀开裂和非应力导向开裂。
3.3
检查井井座材质劣化material deterioration
构件材料在温度或介质等因素作用下，金相组织或材料组成结构发生变化，导致耐腐蚀性能下降，或冲击韧性等力学性能指标降低的过程。
3.4
机械损伤mechanical damage
机械载荷作用下材料发生组织连续性被破坏或功能丧失等损伤的过程。
3.5
奥氏体钢austenitic stainless steel
金相组织为奥氏体的不锈钢或镍基合金。
3.6
碳钢carbon steel
未人为添加合金元素的钢，允许其含有符合规范要求的少量合金元素，这些元素可能会影响材料耐腐蚀性、焊后强度以及韧性，包括Cr﹑Ni﹑Mo﹑Cu﹑S﹑Si﹑P﹑Al﹑V及B。
3.7
双相不锈钢duplex stainless steel
含有奥氏体——铁素体混合组织的不锈钢族。
3.8
铁素体不锈钢ferritic stainless steel
使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。
3.9
低合金钢low alloy steel
添加铬元素和其它合金成分以提高材料高温强度﹑抗蠕变性能，且总和最多不超过9%（质量比）的钢族。
3.10
马氏体不锈钢martensitic stainless steel
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通过淬火、回火等热处理对材料性能进行调整，金相组织主要为马氏体的不锈钢。
3.11
镍基合金nickel-based alloy
以镍作为主要合金元素（镍元素含量质量比>30%）的合金族。
3.12
不锈钢stainless steel
以铬作为耐蚀性的基本元素，且含铬量≥12%（质量比）的钢材，能够耐受一定的空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。按在室温下金相组织分为四类：奥氏体不锈钢﹑铁素体不锈钢﹑马氏体不锈钢﹑双相不锈钢。
4 腐蚀减薄
4.1.1定义
金属与盐酸接触时发生的全面腐蚀/局部腐蚀。
4.1.2损伤机理
M+2HCl→MCl2+H2 (1)
4.1.3损伤形态
碳钢和低合金钢盐酸腐蚀时可表现为均匀减薄，介质局部浓缩或露点腐蚀时表现为局部腐蚀或沉积物下腐蚀。奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢发生盐酸腐蚀时可表现为点状腐蚀，形成直径为毫米级的蚀坑，甚至可发展为穿透性蚀孔。
4.1.4敏感材料
碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢等所有常用材料。
4.1.5主要影响因素
a)盐酸浓度：腐蚀速率随着盐酸浓度的升高而增大。在换热器和管道中的氯化铵盐或盐酸胺盐沉积物易从工艺流或注
入的洗涤水中吸收水份，在沉积物下可形成局部的氯化氢水溶液，水溶液的pH值低于4.5时对碳钢和低合金钢的腐蚀性较强；
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b)温度：腐蚀速率随着温度的升高而增大；
c)合金成分：奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢抗盐酸腐蚀能力较差，蒙乃尔合金、钛（含钛合金）和镍（含镍合金）对
盐酸具有较好的抗腐蚀能力，尤其对温度不高的稀盐酸有优良的抗蚀性；
d)催化/钝化剂：氧化剂(氧气、铁离子和铜离子)存在时，会加速蒙乃尔合金和哈氏合金的腐蚀；氧化性氛围中
的钛具有优良的抗盐酸腐蚀能力。
4.1.6易发装置和设备
a)常减压装置：常压塔塔顶系统中，塔顶蒸汽流降温形成含盐酸的冷凝液，pH值较低，可对管道和换热器（包
括壳体、管束和管箱）造成快速腐蚀；
b)加氢装置：反应产物含有HCl，在冷凝后形成盐酸腐蚀；废气系统含有氨和盐酸，对热进料/出料交换器形成
氯化铵盐的垢下腐蚀；蒸馏工段可发生严重的盐酸露点腐蚀；
c)催化重整装置：催化剂中氯被置换形成盐酸，对废气系统、再生系统、稳定塔、脱丁烷塔和进料/预热交换器
造成腐蚀；含盐酸蒸汽流经分馏工段，可导致盐酸露点腐蚀；
d)氯丙烯装置：盐酸吸收塔塔底进入的HCl气体吸收后成为盐酸，塔体及氯化氢气体入口及盐酸出口管易发生
盐酸腐蚀。
4.1.7主要预防措施
a)常减压装置：控制原油塔进料中的氯化物，使塔顶回流罐液体中的氯化物含量不超过20ppm；改善材质适应
性，可将碳钢升级为镍基合金或钛；进行注水稀释，急冷塔顶工艺物料，通过稀释降低盐酸浓度；按pH值情况在脱盐装置下游注入适量苛性碱，控制碱液温度、浓度和注入量，避免进料预热系统的碱应力腐蚀开裂和积垢；将缓蚀剂（氨、中和胺和成膜胺等）注入常压塔塔顶操作温度在露点以上的管线；
硼硅酸盐玻璃b)加氢装置：降低上游装置中氯化物盐、盐酸胺盐的夹带量；降低氢气中盐酸夹带量，可安装专用洗涤器或保
c)催化重整装置：采用与上述加氢装置相同的措施；降低进料中的水和/或含氧物质，减少催化剂中氯化物脱离
量；采用加装特殊吸附剂的脱氯设备；
d)氯丙烯装置：内衬橡胶类非金属材料；内衬环氧树脂类非金属材料；采用整体石墨塔体。
4.1.8检测方法
a)盐酸腐蚀主要对碳钢/低合金钢造成均匀减薄为主的损伤，对奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢造成点蚀为主的。
前者一般表现为壁厚减薄，检测方法一般为宏观检查＋腐蚀部位壁厚测定；后者一般表现为点蚀坑/蚀孔，检测方法一般为宏观检查；
b)腐蚀发生在内壁而只能从外部检测时，可用自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法查局部减薄部位，
并对减薄部位进行壁厚测定；
c)介质的pH值、氯化物含量的测定和监控；
d)设置腐蚀探针/腐蚀挂片监控实时腐蚀速率。
4.1.9相关或伴随的其他损伤模式
氯化铵腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂。
4.2 电化学腐蚀
4.2.1定义
两种相连接的材料浸入电解质液中，由于材料电极电位的不同，形成同时进行的阳极反应和阴极反应
过程的腐蚀，这两种材料分别称为阳极材料和阴极材料。
4.2.2损伤机理
阳极：
M-ne→M n++ne (2)
阴极：
S k++ke→S (3)
4.2.3损伤形态
多发生在电解质液中两种材料连接处，损伤形态与材料组合、电解质流体导电性和阳极/阴极相对暴露面积等有关，阳极材料可能发生均匀腐蚀或局部腐蚀，形成蚀坑、蚀孔、沟槽或裂缝等。
4.2.4敏感材料
除贵重金属外的所有材料。
4.2.5主要影响因素
a) 介质：介质须为电解质流体，可传导电流；
b) 材料组合：两种不同的材料，均与同一个电解质流体接触，材料的电极电位差值越大，电化学腐蚀越严重；
c) 电气闭合回路：阳极材料和阴极材料之间可发生电荷移动；
d) 相对暴露面积：阳极材料在同一个电解质流体暴露面积相对阴极越小，腐蚀速率越快；
e) 表面状态：单一材料，存在表面涂层、钝化膜或结垢等情况时，其自身即可构成电化学腐蚀。
4.2.6易发装置和设备
a)电化学腐蚀可发生在任何电解质流体中存在电气连接的不同材料间；
b)使用不同材质制造的设备、设备钝化膜或涂层发生破损处、埋地管道、江河或海洋中的管道等。
4.2.7主要预防措施
a) 设计：优化设计，避免形成电化学腐蚀的材料组合，选择同一材料或电极电位相近的材料，或者采用电绝缘的方法是不同材料间不能形成电气闭合回路；
b) 相对暴露面积：增大阳极/阴极相对暴露面积，减缓阳极的腐蚀速率；
c) 涂层：为阳极材料与电解质流体接触面设置涂层或钝化膜；
d) 阴极保护：外部设置合理的保护电极。
4.2.8检测方法
a) 电化学腐蚀可能造成均匀减薄或在不同材料连接处及材料不连续处局部腐蚀，前者一般表现为壁厚减薄，检测方法为宏观检查＋腐蚀部位壁厚测定；后者一般表现为点蚀坑、蚀孔、沟槽或裂缝，检测方法为宏观检查；
b) 若腐蚀发生在内壁而只能从外部检测时，可用自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法查局部减薄部位，并对减薄部位进行壁厚测定；
c) 定期测量阴极保护装置。
4.2.9相关或伴随的其他损伤模式
土壤腐蚀。
4.3 硫酸腐蚀
4.3.1定义
金属与硫酸接触时发生的腐蚀。
4.3.2损伤机理
M+H2SO4（稀）→MSO4+H2 (4)
M+2H2SO4（浓）→MSO4+2H2O+SO2 (5)
4.3.3损伤形态
由稀硫酸引起的金属腐蚀通常表现为壁厚均匀减薄或点蚀，碳钢焊缝和热影响区易遭受腐蚀，在焊接接头部位形成沟槽。浓硫酸多在与金属接触部位形成局部腐蚀，可引起钢制容器及构件的钝化，阻止腐蚀的进行。
4.3.4敏感材料
碳钢、合金钢、奥氏体不锈钢、高硅铸铁、高镍铸铁、哈氏合金。
4.3.5主要影响因素
a) 酸浓度：酸浓度低于65%（质量比），则碳钢腐蚀速率较大；
b) 流速：流速超过0.6米/秒，碳钢腐蚀速率较大；
c) 温度：浓硫酸与水混合时产生热量，混合点温度升高，腐蚀速率较大；
d) 合金含量：按耐蚀能力从低到高：碳钢、奥氏体不锈钢、高硅铸铁、高镍铸铁、哈氏合金；
e) 腐蚀杂质：存在氧化剂时腐蚀速率加快。
4.3.6易发装置和设备
a) 硫酸烷基化装置：易受硫酸腐蚀部位包括反应器废气管线、再沸器、脱异丁烷塔塔顶系统和苛性碱处理工段；
b) 废水处理装置：硫酸通常在分镏塔和再沸器的底部蓄积，在此部位硫酸变浓，腐蚀性较强。
4.3.7主要预防措施
a) 奥氏体不锈钢和哈氏合金等材料可在表面形成一层保护性硫酸铁膜，抵抗稀硫酸腐蚀；
b) 根据硫酸的实际浓度、流速和温度等选择对应等级的材质；
c) 利用浓硫酸的钝化作用，用钢制储罐储运浓硫酸；
d) 注入适量苛性碱中和酸值。
4.3.8检测方法
a) 检测方法一般为宏观检查＋腐蚀部位壁厚测定；
b) 若腐蚀发生在内壁而只能从外部检测时，可用自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法查局部减薄部位，并对减薄部位进行壁厚测定；
c) 测定和监控介质的pH值；
d) 设置腐蚀探针/腐蚀挂片，监控实时腐蚀速率。
4.3.9相关或伴随的其他损伤模式
无。
4.4 腐蚀
4.4.1定义
金属与接触时发生的腐蚀。
4.4.2损伤机理
M+2HF→MF2+H2 (6)
4.4.3损伤形态
碳钢的腐蚀表现为全面减薄或严重局部减薄，腐蚀后易形成氟化亚铁垢皮；蒙乃尔合金遭受腐蚀时多表现为全面减薄，且很少有积垢现象。
4.4.4敏感材料
碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、铜-镍合金、蒙乃尔合金。
4.4.5主要影响因素
a) 流速：碳钢在干浓酸中形成一层保护性的氟化物垢皮，高流速或强紊流引起的保护性垢皮损失会导致腐蚀速率加快；
b) 浓度：存在水时会破坏氟化物垢皮的稳定性，并将其转变为非保护性垢皮。高浓度的其腐蚀速率随着浓度减小(含水量增大)而增大；
c) 温度：腐蚀速率随着温度升高而增大；
d) 腐蚀杂质：介质中如果含有Cu、Ni、Cr的离子，可加速腐蚀，总腐蚀杂质元素当量(RE)按经验公式计算RE= Cu%+Ni%+Cr%，介质具有氧化性时会增大碳钢的腐蚀速率。
4.4.6易发装置和设备
烷基化装置：临环境的设备和管道，以及含酸火炬气管道。除再蒸馏塔/再生塔和除酸中和容器通常部分或全部采用蒙乃尔合金外，大多数设备都由碳钢制成。
一般高腐蚀速率主要发生在以下部位：操作温度高于66℃的管道和设备，包括泄压阀入口、小口径放气口和排气口的盲管段，以及位于异构体汽提塔、脱丙烷塔和汽提塔/丙烷汽提塔塔顶部位的管道和换热器、酸汽化器等。
4.4.7主要预防措施
a) 监测操作温度超过66℃的碳钢管道和设备的壁厚，对已发生严重减薄，不能满足使用要求可提高材料等级，如采用蒙乃尔合金；
b) 控制进料中水、氧和其它腐蚀杂质加以预防，RE含量限制为不超过0.20%。
4.4.8检测方法
a) 检测方法一般为宏观检查＋腐蚀部位壁厚测定；
b) 若腐蚀发生在内壁而只能从外部检测时，可用自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法查局部减薄部位，并对减薄部位进行壁厚测定；
c) 设置腐蚀探针/腐蚀挂片监控实时腐蚀速率。
4.4.9相关或伴随的其他损伤模式
致氢应力开裂。
4.5 磷酸腐蚀
4.5.1定义
金属与磷酸接触时发生的腐蚀。
4.5.2损伤机理
2M+2H3PO4→2MPO4+3H2 (7)
4.5.3损伤形态
碳钢和低合金钢遭受磷酸腐蚀时多呈全面减薄或局部减薄。
4.5.4敏感材料
碳钢、奥氏体不锈钢、哈氏合金。
4.5.5主要影响因素
a) 酸浓度：若不存在自由水，固体磷酸（如含磷酸催化剂）不具有腐蚀性；
b) 温度：腐蚀速率随着温度上升而加快；
c) 腐蚀杂质：氯化物等可增强磷酸腐蚀能力。
4.5.6易发装置和设备
a) 聚合装置：水与催化剂混合的管道和设备；
b) 易发于介质低速区或流动死角，例如管道集合管、盲管、釜式再沸器底部和换热器局部熔透焊缝等，在这些部位有足够的滞留时间使酸滴沉降或聚集。
4.5.7主要预防措施
a) 选材：在水份无法完全脱除的部位，选择耐腐蚀能力足够的材质，按耐蚀能力从弱到强排列：碳钢、022Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2、NS1403；
mide-277b) 温度：对于温度不超过49℃，即使浓度为100%（质量比）的磷酸，022Cr19Ni10亦具有很好的耐腐蚀性能；对于温度在49～107℃范围内的磷酸，宜用022Cr17Ni12Mo2；
c) 浓度：浓度不超过85%（质量比）的磷酸可用022Cr17Ni12Mo2和NS1403。
4.5.8检测方法
a) 检测方法一般为宏观检查＋腐蚀部位壁厚测定；
b) 若腐蚀发生在内壁而只能从外部检测时，可用自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法查局部减薄部位，并对减薄部位进行壁厚测定；
c) 设置腐蚀探针/腐蚀挂片监控实时腐蚀速率。
4.5.9相关或伴随的其他损伤模式
无。
4.6 苯酚腐蚀
4.6.1定义
苯酚腐蚀（又称石碳酸）腐蚀，即金属与苯酚接触时发生的腐蚀。
4.6.2损伤机理
2M+2C6H5OH→2MC6H5O+H2 (8)
4.6.3损伤形态
a) 碳钢遭受腐蚀时可表现为全面腐蚀或局部腐蚀；
b) 存在流体冲刷时多引起局部减薄。
4.6.4敏感材料
碳钢、硬度较低的奥氏体不锈钢（如022Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2等）、NS3304。
4.6.5主要影响因素
a) 温度：低于121℃时腐蚀速率较小；碳钢和奥氏体不锈钢在232℃以上的苯酚环境中腐蚀速率较大；
b) 浓度：稀释水溶液(质量比为5～15%的苯酚溶液)腐蚀性较强；
c) 材质：按材料耐苯酚蚀性从弱到强为碳钢、硬度较低的奥氏体不锈钢（如022Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2等）、NS3304；
d) 流速：介质高流速可促进局部腐蚀。
4.6.6易发装置和设备
a) 润滑油装置中的苯酚提取设施；
b) 苯酚丙酮装置的苯酚塔再沸器和废苯酚回收工段的加热器；
c) 双酚A装置的苯酚回收塔再沸器、苯酚提纯塔再沸器。
4.6.7主要预防措施
a) 流速：苯酚回收工段苯酚介质流动速度控制在3米/秒以下；
b) 温度：苯酚回收塔塔顶温度保持在高于露点温度至少17℃；
c) 选材：022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢可用于处理含酚水的干燥塔、苯酚闪蒸塔和各种换热器壳体以及分离设备的顶部；对于奥氏体不锈钢不能满足耐蚀要求的场合，如介质流速较高时宜用哈氏合金。
4.6.8检测方法
a) 检测方法一般为宏观检查＋腐蚀部位壁厚测定；
b) 采用奥氏体不锈钢时
若腐蚀发生在内壁而只能从外部检测时，可用自动超声波扫查、导波检测或断面射线扫描法查局部减薄部位，并对减薄部位进行壁厚测定；
c) 设置腐蚀探针/腐蚀挂片监控实时腐蚀速率。
4.6.9相关或伴随的其他损伤模式
无。
4.7 大气腐蚀
4.7.1定义
未敷设保温层等覆盖层的金属在大气中发生的腐蚀。
4.7.2损伤机理
阳极反应：
Me→Me n+ +ne (9)
阴极反应：
O2+2H2O+4e→4OH-（中性或碱性溶液） (10)
O2+4H++4e→2H2O （酸性溶液） (11)
4.7.3损伤形态
a) 碳钢和低合金钢遭受腐蚀时主要表现为均匀减薄或局部减薄；
b) 奥氏体不锈钢遭受腐蚀时可能发生表面应力腐蚀，主要因大气中含有的Cl离子引起；
EM357
c) 铝、镁和钛等金属因新鲜金属与大气接触后可在表面生成一层氧化膜，并失去表面金属光泽；
d) 铜在遭受大气腐蚀时易在金属表面生成绿腐蚀产物。
4.7.4敏感材料
碳钢、低合金钢，铝、铜等有金属及其合金。
4.7.5主要影响因素
a) 大气成分：含有氯离子的海洋大气和含有强烈污染的潮湿工业大气是最严重的大气腐蚀环境；
b) 湿度：干燥的大气腐蚀能力很弱，而湿度较大的大气环境，尤其时容易凝结水滴的大气环境腐蚀能力较强。以碳钢为例，当空气中相对湿度超过60%以上时，碳钢腐蚀速率呈指数曲线上升，而空气相对湿度低于50%，腐蚀速率则较低；
c) 温度：材料表面温度宜高出环境露点温度至少3℃以上，否则易在材料表面形成冷凝水造成腐蚀。
4.7.6易发装置和设备
所有暴露在大气环境中的装置和设备。
4.7.7主要预防措施
a) 防腐涂层：可使用有机、无机涂层和金属镀层；
b) 选材：可选用耐候钢、不锈钢，或者在材料冶炼过程中加入Cu、P、Cr、Ni等合金元素；
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