蜡油催化裂化装置放空管失效分析.pdf

静设备
石油化工设备技术,2010,31(4)?13?
Petro-chemical Equipment Technology
蜡油催化裂化装置放空管失效分析
卢亿,游革新,刘钓泉
华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640)
摘要:对某蜡油催化裂化装置中发生失效的放空管进行了宏观形貌、金相组织、微观形貌、能谱分析及
腐蚀产物能谱和Ⅹ荧光分析,结果表明,放空管材质存在一定程度的敏化,在含有一定量二氧化硫和水汽的
烟气环境下,发生晶间腐蚀。文中提出了改进措施
关键词:失效分析;放空管;晶间腐蚀
某蜡油催化裂化装置中的放空管于3年前完
成改造后投入使用,其间曾先后发生过两次开裂
泄漏,经焊接处理后继续使用。近期因管道再次
泄漏,而对泄漏处进行补焊,但补焊位置附近又发
生开裂,致使补焊工作无法继续进行。失效管道
材质为316H不锈钢,规格159mm×8mm。管
内介质为再生烟气,烟气主要成分为CO、CO2、
NOx、SO2、颗粒物、水汽。主烟道内的烟气温度
为640~700℃,放空管出口的烟气温度为271
例2裂纹宏观形貌(从内壁看
~296℃。服役期间的放空管处于间歇开启状
态。放空管在不长的时间内几次开裂属提前失2金相分析
效,既影响正常生产,也可能引发事故,有必要査
在补焊开裂部位附近切取4块试样进行金相
找开裂的原因
分析,4块试样的位置分别处于时钟的12时、
宏观观察
3时、6时和9时的位置。另外,在远离补焊开裂
现场观察发现,在该蜡油催化裂化装置工艺部位的另一段带法兰的放空管道上,也按上述取
管道的多个部位尤其是法兰处存在大量绿色渗出样方法分别在法兰附近和远离法兰处各取4个试
物,形如钟乳,典型形貌见图1。
样(见图3)。
观察补焊时开裂的部位,外壁裂口长度约为
金相分析结果表明,各试样内壁均有明显的
6cm,内壁裂口尾部延伸出多条裂纹(见图2),内晶间腐蚀,晶间腐蚀严重处晶粒脱落(见图4),随
外壁都有锈蚀,内壁锈蚀程度比外壁严重得多。
着内壁的晶间腐蚀向外壁延伸,有些部位形成断
断绫续的裂纹(见图5);在图3中远离法兰处的
各试样外壁在浸蚀前未观察到晶间腐蚀(见
图6),但法兰附近各试样外壁及补焊开裂部位的
各试样外壁在浸蚀前就观察到晶间腐蚀(见
收稿日期:2010-02-04。
作者简介:卢亿(1987-),女,湖北仙桃人,2008年毕业于武
汉工程大学安全工程专业,获学士学位,现在华南理工大学
读研究生,研究方向:材料保护与工业安全
图1渗出物典型形貌
Email:luyi2004010724(@sina.com
14
石油化工设备技术
10年
图7),大部分试样在浸蚀前呈现光亮的区域在浸
蚀后看到晶界上有明显的小颗粒。对照文献「1]
的图谱可知这是晶间贫铬的特征形貌,如图8所
图7外壁晶间腐蚀典型形貌(未浸蚀)
图3取样示意图
浸蚀后
图4内壁晶间腐蚀典型形貌(未浸蚀
4区域图
8晶问贫铬特征形貌
微观形貌及表面能谱分析
观察各试样的内壁,大部分试样布满腐蚀产
物,在腐蚀产物稍少的表面可看到明显的晶间腐
蚀形貌,见图9。各试样内壁能谱分析结果相近
检出的元素种类多达13种,应是烟气冷凝物和腐
纲5沿晶裂纹形貌
蚀产物的混合物;除C、O、Fe的含量很高外,Al
的含量也较高,疑是由蜡油裂解的催化剂带来的。
图6远离法兰试样的外壁形貌
图9晶间腐蚀形貌图
第31卷第4期
卢亿等,蜡油催化裂化装置放空管失效分析
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4腐蚀产物分析
纹;本案例中各试样晶间腐蚀破坏特征与文献描
腐蚀产物为现场观察时收集的绿色渗出物,述吻合。因此可认为,本案例是烟气中硫化物经
对其进行能谱分析和X荧光分析,能谱分析结果
过一系列复杂反应形成的连多硫酸对管道造成的
见表1。
晶间腐蚀破坏。晶间腐蚀的结果使晶界之间失去
表1能谱分析腐蚀产物主要元素(质量分数)(相对含量)
结合力,强度下降,当采用焊接工艺修补裂纹时,
焊接热应力又使裂纹附近部位出现新的沿晶开
元素
含量,%
O
75,99
裂,致使无法采用焊接工艺修补裂纹。
3)部分试样在浸蚀前呈现光亮的区域浸蚀
6.05
后可见明显的晶间贫铬,以下三种原因均可能造
S
13.39
成晶间贫铬:
1)主烟气管道内烟气的温度为6
Fe
2,29
℃,在放空管阀门开启的时间内,放空管被这一温
能谱和荧光分析表明,腐蚀产物中硫含量很
度下的烟气所充满,这一温度正是易造成奥氏体
高,能谱分析的S相对含量为13.39%,X荧光分不锈钢晶间贫铬的敏化温度;
析的以SO3表示的硫相对质量分数为39.68%;
2)有缺陷的焊接工艺可能造成晶间贫铬,远
此外AI的含量也较高
离法兰焊鏠的试样外壁未见晶间腐蚀,而法兰焊
5失效类型及原因分析
缝附近的试样外壁可见晶间腐蚀,有可能是焊接
(1)由金相分析可知,各试样内壁均有晶间
工艺不良所致;
腐蚀,且内壁表面腐蚀程度最严重。抛光未浸蚀
3)由于部分远离法兰处的试样也有明显的
的试样表面已有多个晶粒脱落,随着向外壁延伸,晶间贫铬,因此可能是加工后热处理不当
晶间腐蚀程度有所减弱;在部分试样(主要是法兰
不排除上述三种原因同时作用造成晶间贫
附近和开裂部位附近的试样)的外壁也观察到晶铬。
间腐蚀,其腐蚀程度相对于内壁是较轻的。试样
6建议对策
中未发现由内壁贯穿到外壁的晶间腐蚀,但考虑
(1)从各试样均有晶间腐蚀这一事实判断,
到管内外壁晶间腐蚀程度差异及介质差别(管外
整条放空管线可能都已发生晶间腐蚀破坏,材料
为大气,管内为烟气),基本上可以判断晶间腐蚀
强度下降,因此要注意防止由此引起的管线断裂
是由内壁向外壁迁回贯穿的,腐蚀产物通过这些造成事故,注意及时进行更换;
迁回通道在外表面聚集。因此本案属于由管内介
(2)为减轻硫化物引起的晶间腐蚀,在放空
质引起的晶间腐蚀破坏。
管阀门关闭之后立即用惰性气体吹扫;
(2)能谱分析和荧光分析都表明腐蚀产物中
(3)从选材入手,选用耐硫化物腐蚀的钢材
硫含量很高,说明S参与了腐蚀过程。文献[2]介可采取用FN2钢和 Incoloy800替代316H不锈
绍的硫化物对不锈钢腐蚀机理的研究认为,在放钢来抵抗硫化物造成的腐蚀2。
空管阀门开启的时间内,高温烟气中的硫化物与
铁发生反应,生成FeS。在放空管阀门关闭之后,参考文献
管道系统中的水蒸气冷凝,在此条件下FeS会与[1]韩顺昌等编著.金属腐蚀显微组织图谱[M].国防
氧发生反应生成连多硫酸H2S,O。连多硫酸的
工业出版社,2008,11:224.
生成,造成金属晶界的完全溶解,使许多晶粒脱2]弭忠义烟气轮机管道膨胀节的失效原因与选材
落,晶界之间失去结合力,强度下降,甚至产生裂
[J].炼油设计,2000,30(9):52-55