裂解爐文丘里壓力表引壓管斷裂原因分析

描述了乙烯裝置裂解爐文丘里引壓管出現(xiàn)斷裂的特征，并對(duì)出現(xiàn)斷裂的原因進(jìn)行了分析，制定了針對(duì)性的檢修措施,并提出了改進(jìn)建議。

某化工廠80萬(wàn)t/a乙烯裝置采用的是美國(guó)斯通韋伯斯特(S&W)公司的技術(shù)，年操作時(shí)間為8000h，裝置的操作彈性是60%?110%；

乙烯裝置主要由裂解、急冷、壓縮、冷分離、熱分離、制冷、等單元組成。裂解爐為USC型管式裂解爐；急冷油塔、急冷水塔、堿洗塔采用S&W的波紋塔盤；裂解氣壓縮采用五段壓縮，分離系統(tǒng)采用雙塔前脫丙烷、前加氫、低壓乙烯塔與乙烯壓縮機(jī)構(gòu)成開(kāi)式熱泵、深冷分離采用了S&W公司的技術(shù)HRS(熱集成精餾系統(tǒng)）等*的工藝技術(shù)；運(yùn)行安全可靠，投資低，能耗較低。

1.基本概況

巡檢人員發(fā)現(xiàn)7#裂解爐文丘里壓力表引壓管在2017年1月5日出現(xiàn)開(kāi)裂泄漏，裂紋出現(xiàn)在焊口處，經(jīng)過(guò)停爐，緊急更換部分管件，將此問(wèn)題暫時(shí)解決。

2.檢測(cè)結(jié)果

2.1宏觀及低倍觀察

從圖1可見(jiàn)，斷裂的位置主要集中在焊縫熱影響區(qū)附近，斷口表面布滿腐蝕產(chǎn)物。從低倍形貌可以看出，斷口表面有二次裂紋，同時(shí)在引壓管的內(nèi)壁也發(fā)現(xiàn)了從內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展的裂紋。

3.綜合分析

通過(guò)宏觀和微觀觀察可見(jiàn)，斷裂位置主要位于焊縫熱影響區(qū)區(qū)域內(nèi)，并向母材擴(kuò)展.

開(kāi)裂是由內(nèi)壁起源并向外壁擴(kuò)展。斷口表面有腐蝕產(chǎn)物附著，并有二次裂紋，裂紋沿晶擴(kuò)展，能譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)斷口表面含有高含量S元素和一定量的Cl元素，因此初步判斷斷裂是由于發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂造成的(SSCC)，氯元素起到了促進(jìn)作用。

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC)是指應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下金屬材料所發(fā)生的一種局部腐蝕破壞。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂一般具有如下特征：

1)一種合金材料只有在“特定”的介質(zhì)中才會(huì)發(fā)生SCC。對(duì)于奧氏體不銹鋼，可能造成SCC的環(huán)境有：含氯化物的冷凝水或氯化物水溶液、海水、H#及NaOH-H#水溶液等。

2)SCC裂紋擴(kuò)展方向通常與拉應(yīng)力方向垂直，形態(tài)有裂紋沿晶界擴(kuò)展和穿晶界擴(kuò)展兩張狀態(tài)。

3)產(chǎn)生SCC的孕育期很長(zhǎng)，但裂紋一旦萌生，擴(kuò)展速度很快。斷口觀察表明，即使像奧氏體不銹鋼這種韌性很好的材料，其應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的斷裂模式也為脆性斷裂。

從以上特征可以看出，該失效件斷裂區(qū)域?qū)儆趭W氏體不銹鋼的熱影響區(qū)，從應(yīng)力水平上講，存在焊接殘余應(yīng)力，介質(zhì)為裂解氣，從斷口成分分析可見(jiàn)，介質(zhì)中含有硫化物和Cl元素，屬于斷裂敏感環(huán)境，因此才發(fā)生SSCC現(xiàn)象。

煉油設(shè)備的SCC受下列參數(shù)復(fù)雜交互作用的影響：①暴露于酸性環(huán)境中的材料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、熱處理和顯微組織；②材料的總拉應(yīng)力（外加應(yīng)力與殘余應(yīng)力之和）；③材料中的氫流量，即游離水的存在、硫化氫濃度、pH及其它諸如和二硫化物離子濃度等環(huán)境參數(shù)；④溫度；⑤時(shí)間。

分析裂紋的起源，從金相組織觀察中可見(jiàn)，樣件存在晶間腐蝕，304不銹鋼如果發(fā)生晶間腐蝕，說(shuō)明其在焊接或者使用過(guò)程中在其敏化溫度區(qū)間內(nèi)有停留，一般不銹鋼的敏化溫度為450?850°C，可見(jiàn)其焊接或者使用過(guò)程中均有可能出現(xiàn)這個(gè)溫度區(qū)間。

4.結(jié)論

通過(guò)以上檢測(cè)分析，得出如下結(jié)論：

1)壓力表引壓管斷裂的主要原因是由于其發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂；

2)裂紋的起源應(yīng)為焊接熱影響區(qū)的組織發(fā)生了晶間腐蝕，而引壓管熱影響區(qū)發(fā)生晶間腐蝕的原因可能為焊接過(guò)程或者使用過(guò)程的溫度處于450?850V的不銹鋼敏化溫度區(qū)間內(nèi)有關(guān)。

5.建議

根據(jù)以上失效原因，提出建議如下：

1)從選材上，可以在不銹鋼中添加鈮或鈦等元素，提高抗晶間腐蝕的能力，比如可以選擇321不銹鋼；

2)焊接過(guò)程中，在可以滿足強(qiáng)度的前提下，盡可能選用低強(qiáng)度焊材.

3)焊后可以進(jìn)行焊后消除應(yīng)力的熱處理，焊后熱處理溫度應(yīng)按照熱處理制度盡可能取上限。

6.結(jié)束語(yǔ)

綜上分析，可以準(zhǔn)確判斷出壓力表引壓管斷裂的原因是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，也并給出了相關(guān)改進(jìn)建議。通過(guò)升級(jí)材質(zhì)和焊接后處理可以有效避免這一問(wèn)題再次發(fā)生。下一步檢修期間對(duì)次問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，*消除安全隱患。本次對(duì)壓力表引壓管斷裂的分析，為同行業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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