В период эксплуатации установок риформинга при разру­шении торкрет-бетонной футеровки реакторов происходит пе­регрев стенок и возможна водородная коррозия, обусловленная воздействием водорода на сталь при повышенных температу­рах и давлениях с разрушением карбидной составляющей:

Fe₃C + 2H₂ ↔ 3Fe + СН₄.

При обезуглероживании происходят необратимые потери первоначальных свойств стали [15]: она теряет металличе­ский блеск, поверхность становится матовой. Из-за скопления метана под большим давлением в приповерхностном слое мо­гут образоваться вздутия (пузырьки), отчетливо наблюдаемые на поверхности.

Рис. 6.21. Зависимость допустимой рабочей температуры некоторых сталей в водо­роде [53|;

1 — углеродистая сталь, сварка или деформация при нагреве; 2 — углеродистая сталь без сварки; 3 — 7 — углеродистая сталь легированная: 3 — 0,5% Мо; 4 — 1.25 % Cr и 0.5% Мо; 5 — 2 % Cr к 0.5 % Мо; 6 — 3 % Cr и 0.5 % Мо; 7— 6 % Cr и 0.5 % Мо

Взаимодействие водорода с углеродом стали сопровождает­ся растрескиванием по границам зерен металла, снижением ме­ханических свойств, особенно пластичности, и преждевремен­ным разрушением оборудовании. Поэтому очень важно знать безопасные условия их эксплуатации.

Рис. 6.22. Предельно допустимые температуры применения конструкционных марок сталей при различных парциальных давлениях водорода [15];

1 — сталь 12МХ; 2 — сталь, содержащая 0.5 % Мо; 3 — сталь З0ХМА; 4— сталь, содержащая 0.25% Мо; 5 — углеродистая сталь; 6 — сталь 20  

Рис. 6.23. Кривые водородостойкости различных конструкционных марок сталей:

1 - 20X13;  12X18H10T;  2 —  15X5M; 3 — 30ХМА; 4 — сталь 20; t_доп— допустимая рабочая температура

При определении безопасных (по температуре и давлению) границ применения конструкционных сталей в водородсодержащих средах использованы исследования, выполненные во ВНИИНефтехиме, и результаты обследования зарубежных производств (рис. 6.21) [54].

На рис. 6.22 приведены границы допустимых температур и давлений безопасной эксплуатации ряда конструкционных ма­рок сталей [15, 53]. В области температур и давлений ниже кривой для данной марки стали водородной коррозии не про­исходит. Выше верхней ее ветви лежит область температур, при которых возможно обезуглероживание стали, растрескивание, снижение прочности и пластичности. В случае применения стали при давлениях 15—100 МПа в области температур выше нижней ветви кривой (заштрихованная часть диаграммы) про­исходит снижение пластичности в результате насыщения стали водородом высокого давления.

На рис. 6.23 приведены кривые водородостойкости для сталей 20, З0ХМА, 15Х5М, 20X13 и 12XI8H10T с указанием до­пустимых рабочих температур и давлений эксплуатации. Ниже указанных кривых лежит область безопасной эксплуатации оборудования, изготовленного из данной стали, выше — область температур и давлений, при которых происходит водородная коррозия и разрушение металлов.

Рис. 6.24. Зависимость допустимой рабочей температуры для двухслойных сталей 20K + 08X13 и СтЗ + 12X18H10T от парциального давления водорода:

1 — граница применения стали 20; 2 — граница применения двухслойных сталей. Толщина плакирующего слоя составляет 10 % от общей толщины двухслойной стали

Таблица 6.13. Предельно допустимые температуры, °С, применения некоторых сталей в водородсодержащих средах

На основании полученных данных определены безопасные температуры и давления при использовании для изготовления оборудования двухслойных сталей (20К + 08X13 и СтЗ +  12X18H10T). Так, при толщине плакирующего слоя 10 % от общей толщины двухслойных сталей рекомендуется применять их при парциальном давлении водорода 5 МПа до температуры 530 °С, при 10 МПа до 480 °С, при 30 МПа до 430 °С и при 60 МПа до 420°С. При таких условиях длительной эксплуата­ции оборудования, выполненного из двухслойного металла, кон­центрация водорода под плакирующим слоем будет снижена до минимума, обеспечивающего стабильность углерода в структуре углеродистой стали. На рис. 6.24 даны границы водородостойкости двухслойных сталей 20К + 08X13 и СтЗ + 12Х18Н10Т и для сопоставления — незащищенной углероди­стой стали 20. Плакирование углородистой стали резко увели­чивает водородоустойчивость  двухслойных металлов, т. е. значи­тельно расширяет область температур и давлений безопасной эксплуатации оборудования.

На основании полученных результатов по водородоустойчивости сталей разных классов в табл. 6.13 приведены предельно допустимые температуры применения конструкционных ма­териалов при разных парциальных давлениях водорода. В за­висимости от фазового состава стали разделены по водородоустойчивости на 12 групп. Для каждой группы дана предельно допустимая температура применения при различных постоян­ных парциальных давлениях водорода.