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，鈦設(shè)備在致氫環(huán)境中吸收氫達到一定程度后，就會發(fā)生脆化。

在高溫含鹵醋酸系統(tǒng)，高溫高壓對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、疲勞開裂外，腐蝕氫脆也是一個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，達到一定程度會引起破壞，即氫脆。發(fā)生腐蝕氫脆必須同時具備下列３個條件：

１）介質(zhì)的ｐＨ值低于３或高于12；

２）環(huán)境溫度高于77℃但有時在較負的電位下或電化學(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)生氫的作用過程。

鈦設(shè)備在使用過程中所發(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。上海石化總廠和大慶石化總廠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10500ｘ10^-6。經(jīng) Ｘ射線衍射結(jié)構(gòu)分析，證實表面膜為TiH₂ ，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 ，并引起鼓泡開裂。

ｄ、鈦設(shè)備和零部件表面在制造、安裝、檢修過程中產(chǎn)生鐵污染引起吸氫腐蝕，如美國杜邦公司發(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)英國帝國工業(yè)公司報道，一臺處理100～140℃氧化性酸的鈦襯里反應(yīng)器，使用幾個月便發(fā)生了開裂，裂縫深1mm，最長達127mm，裂縫處于距焊縫不遠的母材上，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，鈦會發(fā)生活性溶解，陽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，一般認為TiH₂ 含量越高，分布越密，則脆性越大，如氫含量＞100ｘ10^-6時，鈦的沖擊韌性值急劇降低，氫含量為300～500ｘ10^-6時，延伸率也急劇降低。

3、鈦設(shè)備的安全運行須重視吸氫、氫脆問題

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

２）選鈦材應(yīng)同時考慮吸氫率。

在設(shè)計選用鈦材時，除了要全面考慮年腐蝕率外，還必須考慮吸氫問題，對石油化工鈦設(shè)備來說，許用臨界氫含量有較大差別，如測得吸氫率為50×10-6/a則設(shè)備可用１２年。

３）綜合評定鈦設(shè)備的完好程度，見表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，除加強使用管理外，主要應(yīng)從設(shè)計、制作和維護著手。

首先從設(shè)計和選材上慎重考慮，避免有過多的縫隙結(jié)構(gòu)。鈦設(shè)備制作好后，對可能出現(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，應(yīng)防止表面鐵污染和機械劃傷。焊接時應(yīng)嚴格按照工藝規(guī)程正反面必須用氬氣保護。對有些吸氫的介質(zhì)可通過試驗添加氧、水或Ｆｅ、Ｃｕ等氧化性陽離子，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：

［１］　ＫＬＥＥＦＳＣＨＥＷ．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＴｉｔａｎｉｕｍａｎｄＺｉｒｃｏｎｉｕｍ［Ｓ］．ＡＳＴＭ７２８１９８１，５９．

［２］　ＣＯＴＴＯＮＪＢ，ＨＩＥＮＥＳＪＧ．ｔｈｅＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴｅｉｔａｎｉｕｍ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：１９７０，１５５．

［３］　余存燁．鈦制脹接濕氯冷卻器縫隙腐蝕［Ｊ］．氯堿工業(yè)，１９８０，（４）：１３－１５．

相關(guān)鏈接