一、氢鼓包 (Hydrogen Blistering)

1. 氢原子生成：湿 H₂S 环境中，H₂S → H⁺ + HS⁻；钢材表面阴极反应生成吸附态氢原子 (Hₐd)。

2. 氢渗透：S²⁻等 "毒化剂" 抑制 H 原子复合为 H₂，迫使大量 H 原子渗入钢内。

3. 高压形成：H 原子在内部空隙、夹杂物（如 MnS）处复合为 H₂分子，体积膨胀、无法扩散，形成极高内压（>300MPa）。

4. 鼓包 / 开裂：压力撑胀金属，表面形成鼓泡，内部形成氢致阶梯裂纹（HIC）。

• 温度：常温～80℃（低温湿 H₂S 环境）

• 介质：常减压、焦化、酸性水、硫磺回收、含硫污水系统

• 材料：低碳钢、低合金钢（含夹杂物多、强度低的钢最敏感）

• 浮筒液位计：碳钢 / 低合金浮筒外壁鼓包、变形、卡涩

• 双法兰差压液位计：测量膜片（316L、哈氏 C）鼓包、内凹、破裂

• 磁翻板液位计：测量管（碳钢）鼓包变形，导致浮子卡滞

二、氢脆 (Hydrogen Embrittlement, HE)

• 氢原子（直径仅 0.037nm）极易渗入晶格，富集于晶界、位错、缺陷处。

• 降低原子间结合力，阻碍位错滑移，使材料变脆。

• 在拉应力（工作应力 + 残余应力）共同作用下，诱发延迟裂纹（断裂可滞后数小时 / 天）。

• 温度：<82℃（温度升高风险降低）

• 环境：高 H₂S、高氢分压、高强钢（≥80ksi）、存在应力

• 材料：高强度不锈钢、铬钼钢、马氏体钢

• 双法兰膜片：哈氏合金、钛、钽膜片氢脆断裂

• 紧固件：螺栓、螺母（高强钢）延迟开裂

• 浮筒 / 连杆：高强不锈钢部件脆性断裂

三、氢腐蚀 (High-Temperature Hydrogen Attack, HTHA)

1. 化学反应：高温（>220℃）高压 H₂渗入钢内，与 Fe₃C 反应：Fe₃C + 2H₂ → 3Fe + CH₄↑。

2. 甲烷积聚：CH₄分子大，无法扩散，在晶界形成高压气泡。

3. 损伤：

• 表面脱碳：强度、硬度下降

• 内部脱碳：晶界裂纹、鼓泡、断裂

• 温度：>220℃（温度越高、速度越快）

• 环境：加氢裂化、加氢精制反应器、高压换热器、临氢管线

• 材料：碳钢、低合金钢（无 Cr-Mo 保护）

• 高温双法兰：膜片、法兰颈部脱碳、裂纹

• 高温浮筒：铬钼钢浮筒内部裂纹、壁厚减薄

• 接管 / 引压管：碳钢接管氢腐蚀开裂

四、氢蚀 (Hydrogen Erosion / H₂S Corrosion + Hydrogen Penetration)

1. H₂S 腐蚀：Fe + H₂S → FeS + H₂↑。生成的 FeS 膜可保护基体，但在高温 / 酸环境下易破坏。

2. 氢渗透：腐蚀同时产生大量 H 原子渗入钢内，引发氢鼓包、氢脆。

3. 联合作用：腐蚀减薄 + 氢致开裂同时发生，加速失效。

• 温度：常温～400℃（全温区）

• 介质：含 H₂S+H₂的油气、石脑油、蜡油、渣油

• 装置：全炼油厂（尤其加氢、焦化、常减压）

• 所有接触介质部件：膜片、浮筒、筒体、接管

• 典型失效：均匀腐蚀 + 氢鼓包、点蚀 + 氢脆裂纹

五、四种氢损伤对比（炼油场景）

六、液位计针对性防护方案

1. 材料选型（核心）

• 低温湿 H₂S：选用抗 HIC 钢（16MnR(HIC)）、奥氏体不锈钢（316L）、高镍合金（Monel 400）。

• 高温临氢：选用Cr-Mo 钢（15CrMoR、14Cr1MoR、2.25Cr-1Mo）。

• 膜片专用：采用镀金膜片、H-Shield 抗氢渗涂层、PFA/PTFE 涂层。

2. 结构与工艺

• 隔离防护：采用金属衬里（镍、钛）、非金属涂层（橡胶、氟塑料）。

• 脱氢处理：焊接后焊后热处理（PWHT），消除残余应力并驱氢。

3. 液位计类型优选

• 高风险工况：优先选用非接触式雷达液位计（无接触膜片 / 浮筒）。

• 接触式：选用全 316L / 哈氏 C 一体化结构浮筒，避免焊缝。

4. 操作与监测

• 控制工艺：降低 H₂S 含量、注入缓蚀剂。

• 定期检测：用超声波（UT）、氢通量检测、金相分析监测氢损伤。

总结

• 氢鼓包：低温、H₂S、鼓包。

• 氢脆：中低温、高强钢、脆断。

• 氢腐蚀：高温、高压、脱碳开裂。

• 氢蚀：全温、H₂S、腐蚀 + 氢损伤。