制氢装置中变气不锈钢管件开裂失效分析及对策.pdfVIP

制氢装置 中变气不锈钢管件开裂失效分析及对策 柴保群 ，张红梅 (1．中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，河南 洛阳471012； 2．中国石油天然气集团公司第一建设公司，河南 洛阳471023) 摘要 ：制氢装置空冷器入 口中变气不锈钢管件多处焊缝热影响区出现 穿透性裂纹，通过对失 效管件进行宏观检查、射线检测、渗透检测、硬度测试、化学成分分析、金相组织观察、电镜扫描和 残余应力分析等检测试验，确定所有裂纹均为沿晶裂纹，呈树枝状分布并在热影响区及母材 内扩 展；断口形貌具有典型的冰糖块特征，能谱分析显示有大量s、局部存在 cl，晶界 Cr质量分数达到 20．0％，超过基体中Cr含量；管件局部硬度超过 190HB，裂纹尖端的残余应力超过了0Crl8Ni9的 屈服应力。从材料方面、介质因素与应力条件三个方面综合分析后，认为管件失效的原因是 H，S— CO-H，0酸性腐蚀环境下氯离子、硫化物和残余应力共同作用的晶界应力腐蚀开裂。对失效管线 进行了材质升级，消除了装置存在的隐患，并提 出了有关的预防措施和建议。 关键词：制氢装置 奥氏体不锈钢 管件 氯离子 硫化物 残余应力 晶界应力腐蚀 某公司4×10m ／h制氢装置 ，采用轻烃水 长度约 15mm，为垂直于焊缝裂纹；弯头外壁肉眼 蒸汽转化工艺，原料为加氢干气、焦化干气、石脑 可发现裂纹。 油及天然气，于 2009年 5月 19 日开工投产 。 2012年9月 13日，空冷器入 口中变气不锈钢管 线弯头、管帽的焊缝热影响区有 6处垂直于焊缝 分布的纵向裂纹和 1处长度约 50mm的环向裂 纹。该段管线及管件的材质为0Crl8Ni9，操作温 度 152oC，操作压力 2．62MPa，介质为中变气 (H：，CO：，CH，CO及氮氧体积分数分别为 82．14％，13．31％，2．61％，0．51％和 1．42％)。 出现裂 纹后，一方面将其材质更新 为 00Crl9Nil0，另一方面委托 中国特种设备检测研 图1 大三通管帽外壁宏观裂纹 究院选取三处具有代表性的部位的管件试样进行 Fig．1 Macroscopiccracksofoutterwallofcap 失效分析 。试样分别为：小三通 DN200×8．0／ 1．2 射线检测和渗透检测 DN150×7．0mm／SCH40s，管帽DN200×8．0mm； 对管帽、弯头的连接焊缝进行射线检测，除泄 大三通 DN300×9．5／DN250×9．5mm／SCH40s， 漏处可见的裂纹外，焊缝热影响区的裂纹数量均 管 帽 DN 300 ×10．0ram；90。弯 头 DN 200 × 远大于肉眼所见，均为未裂透的裂纹。 8．0mm／SCH40s。 对小三通焊缝的内、外壁进行渗透检测，三通 侧焊缝内外表面均未发现裂纹；管帽侧焊缝的外 I 无损检测情况 壁发现大约9条裂纹，而内壁发现大量裂纹，其中 1．1 宏观检查 大多数为纵向裂纹，只有一条横向裂纹，裂纹长度 检查发现，大小三通、弯头内外壁平坦，无明 显腐蚀减薄痕迹，内壁可见锈迹。大三通管帽侧 收稿 日期 ：2013—11—30；修改稿收到Et期：2014一ol一24。 的外壁肉眼发现大量裂纹，垂直于焊缝分布，长度 作者简介 ：柴保群 (1976一)，工程师，1998年毕业于抚顺石 约2