杜立劍，南 斌，李 祚

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 （陜西 西安 710018）

1 容器基本概況

1.1 吸收氧化反應(yīng)器簡(jiǎn)介

2014年4月對(duì)中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司采氣一廠凈化廠硫磺回收裝置中的吸收氧化反應(yīng)器進(jìn)行定期檢驗(yàn)（圖1）。吸收氧化反應(yīng)器是硫磺回收裝置中的核心設(shè)備，主要作用是將含有H2S的酸氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，生產(chǎn)固態(tài)硫[1]。

圖1 硫磺回收裝置

1.2 容器基本資料

材質(zhì)：奧氏體不銹鋼S30403(00Cr19Ni10)；

工作介質(zhì)：酸性氣體、化學(xué)藥劑、硫磺、水；

工作溫度：45～60℃；

工作壓力：0.2～0.5MPa；

公稱壁厚：8.0mm；

容器內(nèi)徑：Φ8300mm×Φ6850mm；

制造日期：2011年10月；

投用日期：2012年4月；

容器類別：Ⅱ類。

1.3 開(kāi)裂情況

該容器的此次檢驗(yàn)，屬于按檢驗(yàn)規(guī)則進(jìn)行的首次全面檢驗(yàn)，檢驗(yàn)前設(shè)備運(yùn)行正常，未出現(xiàn)過(guò)異常情況。針對(duì)該容器的材質(zhì)和介質(zhì)易產(chǎn)生裂紋的特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行了滲透檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)容器筒體對(duì)接焊縫熱影響區(qū)及容器內(nèi)隔板與筒體連接的角焊縫熱影響區(qū)存在大量裂紋（圖2），裂紋長(zhǎng)度15～80mm不等，裂紋呈直線狀，裂紋端部形成尖銳缺口，并從表面向內(nèi)部擴(kuò)展，大部分裂紋深2～4mm；筒體對(duì)接焊縫熱影響區(qū)有兩裂紋近乎穿透金屬母材（圖3），容器開(kāi)裂情況相當(dāng)嚴(yán)重。

圖2 角焊縫

圖3 對(duì)接焊縫

2 原因分析

該容器長(zhǎng)期處于高溫高壓且富含硫化物的酸性環(huán)境中，所選用的奧氏體不銹鋼具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，且具有優(yōu)良的耐腐蝕性。但奧氏體不銹鋼容器，由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)，具有很高的應(yīng)力腐蝕敏感性，具體分析如下：

1）應(yīng)力是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的重要因素。奧氏體鋼由于導(dǎo)熱性差和線膨脹系數(shù)大，在約束焊接變形時(shí)由于焊縫金屬的收縮和周圍金屬的牽制所造成的殘余拉應(yīng)力高達(dá)210～280MPa。而引起奧氏體鋼滑移的應(yīng)力水平大約為0.2～0.3MPa，即可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂[2-3]。

2）材料是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要因素。奧氏體不銹鋼在焊接時(shí)焊縫和熱影響區(qū)在升降溫的過(guò)程中難以避開(kāi)敏化溫度，使不銹鋼中的C與Cr反應(yīng)生成Cr23C6并析出，因此在焊接接頭金屬的晶間容易出現(xiàn)貧鉻區(qū)。而鉻含量是確保不銹鋼抗腐蝕性的重要指標(biāo)，由于這種貧鉻使晶間不能抵抗某些介質(zhì)的侵蝕，貧鉻區(qū)往往優(yōu)先發(fā)生晶間腐蝕[4]。

3）介質(zhì)環(huán)境是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感因素。奧氏體不銹鋼容器在高溫硫化環(huán)境下，會(huì)在表面發(fā)生反應(yīng)形成FeS，當(dāng)容器表面降溫或冷卻到室溫時(shí)，F(xiàn)eS與空氣中的O2和H2O繼續(xù)反應(yīng)，生成連多硫酸（H2SXO6，X=3、4、5）。 其化學(xué)方程式如下：

該奧氏體不銹鋼容器在連多硫酸和殘余應(yīng)力共同作用下發(fā)生沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。此應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的機(jī)理是貧鉻區(qū)陽(yáng)極溶解，陰極反應(yīng)是由連多硫酸的還原而引起的。由于開(kāi)裂首先是借助亞硫酸產(chǎn)生晶間腐蝕，因而常發(fā)生在受到敏化作用的焊接熱影響區(qū)[5]。

3 預(yù)防措施

在容器正常運(yùn)行時(shí)，由于是封閉的，不易發(fā)生這種開(kāi)裂。而當(dāng)容器停產(chǎn)以后被打開(kāi)，含水和氧氣的空氣進(jìn)入容器內(nèi)，才達(dá)到反應(yīng)的條件。因此為了預(yù)防此類腐蝕開(kāi)裂的產(chǎn)生，建議如下：

1）使用含Ti、Nb等穩(wěn)定元素的奧氏體不銹鋼材料，以預(yù)防貧鉻區(qū)的產(chǎn)生。

2）容器在停用后，應(yīng)盡量與空氣隔絕。若容器不打開(kāi)，必須向里面填充惰性氣體；若容器打開(kāi)，則需要先用堿性溶液除去表面的硫化物，然后用水沖洗。

3）采用機(jī)械方法錘擊消除由焊接和加工引起的殘余應(yīng)力。

對(duì)奧氏體不銹鋼容器來(lái)說(shuō)，除了要防止硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂外，還需要注意由于介質(zhì)中的微量鹽分引起的氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和殘留堿引起的苛性堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

[1]強(qiáng)天鵬.壓力容器檢驗(yàn)[M].北京：新華出版社，2008.

[2]王曉雷.承壓類特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)相關(guān)知識(shí)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

[3]GB 150-2011壓力容器[S]

[4]TSG R7001-2013壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則[S]

[5]TSG R0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S]