Tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA)

Định nghĩa và cơ chế

Tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA), còn được gọi là tấn công hydro nóng hoặc phản ứng mêtan, là một cơ chế phân hủy ảnh hưởng đến thép và một số hợp kim tiếp xúc với hydro ở nhiệt độ cao (thường trên 400 ° C / 752 ° F) và áp suất, thường thấy trong các nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa dầu và nồi hơi áp suất cao1345. Không nên nhầm lẫn HTHA với giòn hydro, vì nó liên quan đến một cơ chế và cấu hình hư hỏng khác1.

HTHA xảy ra trong hai giai đoạn chính:

• Giai đoạn 1: Khử
  cacbon bề mặt Ở nhiệt độ cao, các phân tử hydro phân ly thành hydro nguyên tử, khuếch tán vào thép. Hydro nguyên tử phản ứng với cacbon hòa tan trong thép, tạo thành khí mêtan (CH₄). Điều này dẫn đến quá trình khử cacbon bề mặt và mất độ bền ở bề mặt, ban đầu không thể nhìn thấy134.

• Giai đoạn 2: Thiệt hại bên trong và hình thành khí mêtan Khi
  cacbon bị cạn kiệt khỏi ma trận thép, cacbua hòa tan và hydro tiếp tục phản ứng với cacbon tại ranh giới hạt và khuyết tật, tạo thành các túi khí mêtan. Những túi khí mêtan này không thể khuếch tán ra ngoài và tích tụ ở các bề mặt bên trong, tạo ra các khoảng trống áp suất cao gây ra các vết nứt. Điều này dẫn đến mất đáng kể sức mạnh, độ dẻo và cuối cùng có thể gây ra hỏng hóc thảm khốc1345.

Vật liệu và điều kiện nhạy cảm

• HTHA chủ yếu ảnh hưởng đến thép cacbon và thép hợp kim thấp khi tiếp xúc với hydro ở nhiệt độ trên 204 ° C (400 ° F) và áp suất riêng phần hydro trên 50 psia34.

• Độ nhạy phụ thuộc vào thành phần thép, nhiệt độ, áp suất riêng phần hydro và thời gian tiếp xúc. Hợp kim có cacbua ổn định (ví dụ: thép crom và molypden, thép không gỉ) có khả năng chống chịu tốt hơn14.

Đường cong Nelson

• Đường cong Nelson, được công bố trong API RP 941, vẽ biểu đồ nhiệt độ so với áp suất riêng phần hydro và xác định các điều kiện hoạt động an toàn cho các loại thép khác nhau trong dịch vụ hydro. Chúng dựa trên dữ liệu ngành và được cập nhật định kỳ47.

• Các sự cố gần đây cho thấy HTHA có thể xảy ra ngay cả trong các vùng “an toàn” của các đường cong này, thúc đẩy ngành công nghiệp đánh giá lại rủi ro và chiến lược kiểm tra7.

Phát hiện và kiểm tra

• HTHA giai đoạn đầu khó phát hiện do kích thước nhỏ của các khoảng trống mêtan, thường thấp hơn độ phân giải của kỹ thuật siêu âm tiêu chuẩn6.

• Thử nghiệm siêu âm tiên tiến, sao chép kim loại trường và các phương pháp đánh giá không phá hủy (NDE) khác được sử dụng để phát hiện. Giám sát và kiểm tra thường xuyên là rất quan trọng, đặc biệt là đối với thiết bị hoạt động gần hoặc trên giới hạn đường cong Nelson167.

Phòng ngừa và giảm thiểu

• Lựa chọn vật liệu: Sử dụng thép có các nguyên tố hợp kim tạo thành cacbua ổn định (ví dụ: Cr, Mo) hoặc thép không gỉ, ít nhạy cảm với HTHA14.

• Kiểm soát hoạt động: Duy trì các điều kiện hoạt động trong giới hạn an toàn như được xác định bởi các đường cong Nelson và các phương pháp hay nhất trong ngành4.

• Kiểm tra thường xuyên: Sử dụng các kỹ thuật NDE tiên tiến và kiểm tra theo lịch trình để phát hiện các dấu hiệu sớm của HTHA trước khi hỏng hóc thảm khốc67.

• Khắc phục: Nếu HTHA được phát hiện, hãy đánh giá mức độ hư hỏng và xác định xem có cần sửa chữa, thay thế hoặc thay đổi điều kiện hoạt động hay không7.

Liên quan đến công nghiệp

HTHA đặt ra rủi ro đáng kể về an toàn và độ tin cậy trong các ngành xử lý hydro ở nhiệt độ cao. Hỏng hóc thảm khốc do HTHA không được phát hiện có thể dẫn đến mất khả năng ngăn chặn, hỏa hoạn, nổ và tử vong17. Quản lý chủ động thông qua lựa chọn vật liệu, kỷ luật hoạt động và kiểm tra nghiêm ngặt là điều cần thiết để giảm thiểu những rủi ro này.

“Hiểu và giảm thiểu rủi ro liên quan đến tấn công hydro ở nhiệt độ cao là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn và độ tin cậy của thiết bị công nghiệp. Bằng cách lựa chọn vật liệu thích hợp, tuân thủ các biện pháp vận hành an toàn và tiến hành kiểm tra thường xuyên, các ngành công nghiệp có thể bảo vệ hoạt động của họ trước những tác động bất lợi của HTHA.