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第5期
换热器不锈钢管箱点蚀原因分析
冯作明,刘宏村,王鹏威,彭军,彭朝华,武金宇
(四川省特种设备检验研究院,四川成都610061)
[摘要]结合某贫富胺液换热器管箱不锈钢焊缝及堆焊层渗透检测出的点蚀孔,对换热器进行了原始资料审查、不锈钢
焊缝和堆焊层材质分析、金相检验及介质分析,结果表明:原料气中残留的C1随H2S、C2溶解于富胺液,在流经不锈钢管
箱过程中,CI经过长时间在粗糙的焊缝和堆焊层表面沉积、富集,达到一定浓度形成点蚀
[关键词]贫富胺液换热器;点蚀;渗透检测;金相检验;介质分析
管壳式换热器是石油化工行业采用最多的热2管箱内表面焊缝及堆焊层渗透检测
交换设备。贫/富胺液换热系统是天然气浄化厂主
根据检验方案,对管箱不锈钢内表面所有焊
要的辅助生产设备,国内大部分脱硫装置使用甲
缝和及部分堆焊层进行了着色渗透检测。
基二乙醇胺(MDEA)作为脱硫溶剂,它是腐蚀性
小的弱有机碱。其换热过程如图1所示:吸收了酸
经着色渗透检测,换热器管箱不锈钢内表面
性气(H2SCO2等)的富胺液在管箱、换热管内流
检测结果如图2所示。
动,吸收壳体中流经的贫胺液的热量,达到换热
目的。由于富胺液中吸收了H2S/CO2等酸性气体,
腐蚀性较大,所以较多贫富胺液换热器管箱的内
表面复合一层不锈钢,而不锈钢复合层在流动的
富胺液的冲刷、侵蚀下也容易产生腐蚀。
密集点蚀
本文以某天然气净化厂贫/富胺液换热器不锈
B
钢管箱定期检验中发现的点蚀孔为例,对点蚀产
生原因进行了分析。
富胺液
管
管箱
売程
图2缺陷迹痕显示
富胺液
贫胺液
由图2A可看出,不锈钢内表面所有环焊缝、
:换热管内
换热管外
挡板的角焊缝、接管焊缝以及不锈钢堆焊层进行
渗透检测后,被检测部位均出现不同程度的超标
图1换热器及介质流向图
缺陷显示。
1换热器管箱概况
靠近管箱口的内壁边缘的不锈钢焊缝,出
该换热器于2009年投入使用,此次检验为使
现了较密集的小孔。现场对小孔进行观察,孔径
用后首次全面检验。其管箱材质为16MnR的基
较小,但孔深较深,向纵深发展,其剖面呈雨滴
体与内表面316L不锈钢复合而成,厚度为24+3
mm,设计压力1.85MPa,设计温度160℃,介质
工程师。主要从事承压类特种设备检验检测工作。”顿土研究生,
作者简介:冯作明(1984-),男,四川成都人
为富胺液。
石油和化工设备
74-腐蚀防护
2015年第18卷
状,属于典型的点蚀形貌,确定为点腐蚀造成的层,不锈钢母材上只发现少量的腐蚀行为,本文
点蚀孔,见图2B
进行了如下审査和分析。
管箱内表面纵、环焊鏠上腐蚀尤为严重,呈4.1资料审查
密集分布,如图2C、图2D所示。腐蚀孔的直径大
对出厂资料进行了详细审查,审查结果见表
多在02-0.5mm之间,深度在02-0.6mm之间,最1,符合相关制造要求。由于各设备制造厂家情
深的达到1mm。
况各异,质量保证体系的建立、执行情况参差不
3缺陷类型
齐,出厂资料完全正确而焊接人员的疏忽错用焊
首先对该设备的出厂资料进行了审査,该设条极有可能,资料审査只是辅助性的,需要进一
备制造时严格按照相关规范要求,对本次检验部
步的证实。
位均进行了滲透检测,资料显示,未检测出任何小
表1焊接资料
孔、裂纹等缺陷,Ⅰ级合格。根据资料审査基本排
除了检测出的缺陷为焊接气孔的判断。为进一步确
焊接部位
焊接材料
焊接工艺
认小孔类型,认真观察缺陷孔,孔径较小,但孔深
焊缝、维焊层s3a()手工焊条焊
较深,向纵深发展,其剖面呈雨滴状,属于典型的
点蚀形貌。综合这两方面因素,结合检验经验,确
4.,2化学成分分析
定缺陷孔为点腐蚀造成的点蚀孔
焊缝、堆焊层以及母材的化学成分结果见表
2,其化学成分符合GB24511-2009《承压设备用不
4材质分析
锈钢板及钢带》中关于316L不锈钢板各元素含量
现场检验发现,点蚀基本发生在焊缝与堆焊范围的规定。
表2化学成分分析结果
(%)
元素名称
C
S
M
Ni
质量分数
0.019
0.67
1.18
17.15
2.55
11.52
0.025
0.011
GB24511
≤0.03
≤1.0
≤2.0
16~18
2~3
1014
≤0.035
≤0.03
4.3金相检验
从表3可看出,在堆焊层、下接管口及环焊缝
焊缝金相组织为方向性较强的柱状树枝晶和少处三个位置取样检测,其C含量均在50mg几L左
量无一定方向性的等轴树枝晶的奥氏体及在其枝晶右,最高为堆焊层处的60.5mgL。
间分布的8铁素体。属于不锈钢TS316L(A02)焊接
另外,为弄清C的来源,对天然气气田采气
材料焊后焊缝金属的金相组织。
井进行检测,结果发现原料气中除富含H2S/CO
经资料审查、化学成分分析、金相组织分析等酸性气体外,原料气液体杂质中CI的含量普遍
得知,焊缝金属均呈现不锈钢TS316L(A022)焊条较高,一般都在50006000gL,有的甚至高达
焊后金属组织特征,基本排除了错用焊接材料的10000mg/Lo
可能。
6原因分析
综合材质分析结果,发生点蚀的管箱材质均
316L奥氏体不锈钢一般采用氩弧焊焊接方
符合相关标准及规范要求。
法,在长时间的使用环境下往往焊缝位置首先出
5介质分析
现腐蚀,本文渗透检测缺陷大多出现在焊缝及堆
对换热器不锈钢管箱内表面残留的黑褐色黏
焊层上。
性物质进行了I含量测定,其结果见表3
甲基二乙醇胺(MDEA)溶液本身对金属只有较
小的腐蚀或基本没有腐蚀作用,但它吸收了原料
表3残留物C含量
(ng/1)气中大量H2S、CO2等酸性气体形成的富胺液,溶
「位置堆焊层下接管口环焊缝平均值
液中含有大量的H、HS、S'以及H2S、SO2等,其
56.7
54.1
腐蚀性能急剧增大。
CI
60.5
45.1