胡顯馳，張翠翠，魏志剛，單 勇

（1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順 113001；2.中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧撫順 113008）

裂解爐文丘里壓力表引壓管斷裂原因分析

胡顯馳1，張翠翠1，魏志剛2，單 勇2

（1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順 113001；2.中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧撫順 113008）

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

奧氏體不銹鋼；晶間腐蝕；應(yīng)力腐蝕開裂

某化工廠80萬t/a乙烯裝置采用的是美國斯通韋伯斯特（S&W）公司的專利技術(shù)，年操作時間為8 000h，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)成開式熱泵、深冷分離采用了S&W公司最新的專利技術(shù)HRS（熱集成精餾系統(tǒng)）等先進(jìn)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)開裂泄漏，裂紋出現(xiàn)在焊口處，經(jīng)過停爐，緊急更換部分管件，將此問題暫時解決。

2 檢測結(jié)果

2.1 宏觀及低倍觀察

從圖1可見，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。

圖1 斷裂位置宏觀及低倍形貌

2.2 金相檢驗

圖2 金相組織1

3 綜合分析

通過宏觀和微觀觀察可見，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)力腐蝕開裂造成的（SSCC），氯元素起到了促進(jìn)作用。

圖3 金相組織2

圖4 金相組織3（焊縫區(qū)）

應(yīng)力腐蝕開裂（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)中才會發(fā)生SCC。對于奧氏體不銹鋼，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、H2S及NaOH-H2S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，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，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及其它諸如氰化物和二硫化物離子濃度等環(huán)境參數(shù)；④溫度；⑤時間。

分析裂紋的起源，從金相組織觀察中可見，樣件存在晶間腐蝕，304不銹鋼如果發(fā)生晶間腐蝕，說明其在焊接或者使用過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 ℃，可見其焊接或者使用過程中均有可能出現(xiàn)這個溫度區(qū)間。

4 結(jié)論

通過以上檢測分析，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程或者使用過程的溫度處于450～850 ℃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

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)力腐蝕開裂，也并給出了相關(guān)改進(jìn)建議。通過升級材質(zhì)和焊接后處理可以有效避免這一問題再次發(fā)生。下一步檢修期間對次問題進(jìn)行改進(jìn)，徹底消除安全隱患。本次對壓力表引壓管斷裂的分析，為同行業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗。

[1] 蔡劍秋.腐蝕與防護(hù)手冊，化工生產(chǎn)裝置的腐蝕與防護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995.

[2] 陳居術(shù).尤其管道焊接接頭的盈利腐蝕與防護(hù)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2003，（4）.

[3] 孫秋霞.材料腐蝕與防護(hù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

Cause Analysis of Fracture of Pressure Pipe in Venturi Pressure Table of Cracking Furnace

Hu Xian-chi，Zhang Cui-cui，Wei Zhi-gang，Shan Yong

This paper describes the characteristics of the fracture of the venturi in the ethylene plant cracking furnace，analyzes the causes of the fracture，sets out the targeted inspection measures，and puts forward some suggestions for improvement.

austenitic stainless steel；intergranular corrosion；stress corrosion cracking

TE96

：A

：1003–6490（2017）04–0142–02

2017–04–12

胡顯馳（1984—），男，遼寧撫順人，助理工程師，主要從事石油化工方面工作。