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鋼制壓力容器腐蝕及開裂分析

文檔作者：陳海濤文檔來源：焦作市三泰機械制造安裝有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月11日
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No. 13, 2011
現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)
Modern Bus iness Tr ade Industry 2011 年第13 期
作者簡介: 陳海濤( 1973- ) , 男, 河南長垣人, 助工, 主要從事壓力容器設(shè)計及無損檢測工作。
鋼制壓力容器腐蝕及開裂分析
陳海濤
( 焦作市三泰機械制造安裝有限公司, 河南焦作454150)
摘?? 要: 近幾年來, 錦州石化公司、茂名石化公司、大慶石化總廠、天津石化公司、延安煉油廠的催化裂化裝置再生器在
運行中相繼出現(xiàn)大量裂紋, 對裝置的安全運行構(gòu)成了嚴重威脅, 就其預防措施進行分析。
關(guān)鍵詞: 壓力容器; 腐蝕; 敏感性; 開裂
中圖分類號: TB ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 文獻標識碼: A ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 文章編號: 1672??3198( 2011) 13??0284??01
1 ?? 硝酸鹽應(yīng)力腐蝕預防措施
提高容器壁溫在水蒸氣的露點以上; 消除殘余應(yīng)力, 去
應(yīng)力退火的溫度不得低于500 ?? ; 選擇合適的鋼種, 如C<
0. 1%, Cr< 2. 4%, Al> 0. 8%的低合金鋼; 調(diào)節(jié)溶液的PH
值, 加入緩蝕劑( 如適量的NaOH) 。
2 ?? 氯化物應(yīng)力腐蝕
2. 1 ?? 不銹鋼熱交換器的應(yīng)力腐蝕開裂
某化工廠氨合成塔凈化系統(tǒng)的煤氣換熱器, 1976 年投
入運行。換熱器進口端蒸汽溫度220 ?? , 出口端溫度350 ?? ,
壓力3. 2MPa。換熱器介質(zhì)重油裂化煤氣加蒸汽, 換熱器管
內(nèi)為含有氯離子( 4~ 30mg/ L) 和氧的濕蒸汽。1980 年9
月, 該換熱器進口端與法蘭連接并距法蘭2m 處的管道發(fā)生
開裂。管道材料為1Cr18Ni9T i, 尺寸為?? 32 ?? 8。開裂成扇
形板狀, 展開寬度尺寸最大部位相當于該管的周長, 開裂長
度為1. 2m。起裂位置在進口端環(huán)焊縫的焊接缺陷處。事
故后進行檢查發(fā)現(xiàn), 換熱器封頭( 第一筒節(jié)) 有長度為17. 5
~ 26mm, 深度為3mm 的裂紋, 第二筒節(jié)縱焊縫亦有相似的
裂紋。在出口端法蘭與接管連接的環(huán)焊縫兩側(cè)內(nèi)壁有許多
垂直焊縫相互平行的軸向裂紋。
試驗分析結(jié)果: ?? 化學成分、力學性能正常; ?? 材料有
好的抗晶間腐蝕性能; ?? 裂紋由管道內(nèi)表面向外表面擴展,
明顯分岔, 呈樹枝狀, 均為穿晶型; ??打開裂紋后, 觀察斷口
裂紋源區(qū)有致密的腐蝕產(chǎn)物, 宏觀特征為脆性, 微觀特征為
解理加二次裂紋; ?? 沒有發(fā)現(xiàn)氫損傷現(xiàn)象; ??通過模擬試
驗, 說明在焊縫附近存在較大的殘余應(yīng)力。
結(jié)論: 裂紋屬于應(yīng)力腐蝕開裂, 是由于焊接殘余應(yīng)力較
大和存在氯離子、氧、H2 S( H2 SxO6) CO2 介質(zhì)引起的。
2. 2 ?? 不銹鋼氦氣儲罐的應(yīng)力腐蝕開裂
美國某廠用304 型不銹鋼制作的氦氣儲罐, 尺寸為
??700 ?? 3( t) ?? 1000( H) mm, 用于壓力重水反應(yīng)堆的內(nèi)核。
在尚未投入使用的4 年存放期間, 發(fā)生了氯化物應(yīng)力腐蝕
開裂。裂紋位于碟形封頭端部與筒體焊接的熱影響區(qū), 封
頭是冷加工成形的, 未經(jīng)過應(yīng)力處理。存放的環(huán)境為海岸
大氣。
主要試驗結(jié)果: ?? 將裂紋試樣打開后, 用掃描電鏡觀察
斷口, 發(fā)現(xiàn)只有在焊接熱影響區(qū)為沿晶特征, 在融合區(qū)的基
體均為穿晶特征; ?? 化學分析表明封頭材料的碳含量為0.
09%, 接近上限; ?? 采用ASTM A262, E 規(guī)定的沿晶腐蝕試
驗方法, 可以確認熱影響區(qū)組織敏化, 而其它區(qū)域未敏化;
??裂紋分析指出開裂起始于外表面, 在熱影響區(qū)中都是沿
晶的, 具有SCC 的裂紋分叉典型特征; ?? 硬度檢驗結(jié)果為,
筒體181HV, 焊縫176HV, 封頭310HV。
結(jié)論: 高的殘余應(yīng)力、組織敏化、海岸大氣環(huán)境導致了
儲罐的氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。建議采用低碳的304L 不銹
鋼和較小的冷變形量預防熱影響區(qū)的每化傾向。
3 ?? 高溫碳環(huán)境爐管的金屬塵化腐蝕
南京某石化廠的一臺脫氧進料加熱爐的9Cr- 1Mo 爐
管, 只使用了5 年內(nèi)壁局部區(qū)域出現(xiàn)了嚴重腐蝕。爐管尺
寸為?? 141. 3 ?? 6. 55, 管內(nèi)介質(zhì)主要為烷烴和氫氣。工作參
數(shù)為: 壓力0. 516M Pa, 介質(zhì)入口溫度374 ?? , 出口溫度
499 ?? , 爐膛溫度850~ 870 ?? , 爐管外壁溫度620~ 650 ?? 。
爐管內(nèi)壁腐蝕的形貌是完整地覆蓋在金屬表面的結(jié)焦
層, 厚度為0. 1~ 10mm, 結(jié)焦層局部脫落處形成一個個圓窩
狀的腐蝕坑, 許多密集凹坑相互連接便形成了粗大的腐蝕
溝槽。腐蝕坑的底部有疏松黑色粉塵, 粉塵下面則是光潔
的金屬表面。金相顯示這層黑粉下的金屬已經(jīng)發(fā)生嚴重滲
碳, 深度可達1. 9mm。黑粉的成分主要是碳黑, 但是有金屬
粉粒, 而且離金屬表面越近, 金屬粉粒越多也越大。金相還
顯示腐蝕坑底會形成腐蝕裂縫, 裂縫下部為裂紋, 腐蝕裂縫
周圍也嚴重滲碳。腐蝕裂縫周圍金屬有明顯被擠壓變形的
痕跡。撫順石油二廠的1Cr5M o 石油裂解爐管、上海高橋石
油化工廠的裂解爐合金彎管也發(fā)生過這種腐蝕。
爐管是管式加熱爐的關(guān)鍵構(gòu)件, 爐管的失效模式有很
多種, 高溫腐蝕及腐蝕與應(yīng)力的交互作用是常見的兩種。
高溫腐蝕中有高溫氧化、滲碳、硫化、氫腐蝕、燃灰腐蝕及金
屬塵化, 尤以金屬塵化是最具有危險性的高溫腐蝕現(xiàn)象。
金屬塵化( metal dusting ) 腐蝕或稱為災難性滲碳
( catastroophic carbur ization) 腐蝕的特殊性是腐蝕產(chǎn)物中有
金屬粉粒, 腐蝕速度快、后果嚴重。金屬塵化是指如鐵、鉻、
鎳、鈷及其合金在高溫含碳環(huán)境下碎化為由金屬碳化物、氧
化物、金屬和碳( 石墨) 等組成的混合物所引起的金屬損失
行為。它一般發(fā)生在450 ~ 850 ?? 的溫度范圍, 有時在
1000 ?? 時也能發(fā)生, 與不同材料在不同溫度、氣氛下對金屬
塵化的敏感性不同有關(guān)。
4 ?? 結(jié)語
對安全生產(chǎn)不造成危害的缺陷允許存在; 對安全性雖
不造成危害但會進一步擴展的缺陷, 要進行壽命預測, 并允
許在監(jiān)控下使用; 若含缺陷結(jié)構(gòu)降級使用時可以保證安全
可靠性, 可降級使用; 若含有對安全可靠性構(gòu)成威脅的缺
陷, 應(yīng)立即采取措施, 返修或停用。
參考文獻
[1] 陳學東. 在用重要壓力容器與管道安全診斷與爆炸監(jiān)控[ C] . 合肥
通用機械研究院, 2003?? 11??23.
?? 284 ??

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