張瑜，趙志農(nóng)

（1.北京科技大學(xué)，北京 100083；2.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

某化工廠開車5年，發(fā)現(xiàn)蒸汽伴熱管線大范圍泄漏，管線外部包有白色保溫棉，打開時(shí)保溫棉已濕透，無法判斷是外部水侵入浸濕還是蒸汽管線泄漏弄濕。為查明泄漏的根本原因，筆者對(duì)泄漏部位取樣分析，探討失效原因，并且對(duì)其他相似工況的設(shè)備和管道進(jìn)行檢查，為避免同類問題發(fā)生提出相關(guān)建議。

1 工況介紹

蒸汽伴熱管線材質(zhì)是304，工作壓力0.35MPa，工作溫度148℃，工作介質(zhì)是蒸汽。

2 試樣分析

2.1 宏觀檢查

蒸汽伴熱管線外壁有點(diǎn)蝕坑和裂紋，在泄漏處補(bǔ)焊時(shí)，焊縫周圍又產(chǎn)生新的裂紋，已發(fā)生材質(zhì)劣化。裂紋和蝕坑集中在伴熱管的近地面一側(cè)，遠(yuǎn)地面一側(cè)腐蝕情況較輕。

圖1 泄漏蒸汽伴熱管線表面形貌

2.2 金相分析

選取有裂紋的管線斷口拋光后使用金相顯微鏡觀察裂紋，發(fā)現(xiàn)有2個(gè)典型特征：（1）裂紋由管外壁向管內(nèi)壁擴(kuò)展，且隨裂紋延伸方向有樹枝狀分叉；（2）裂紋穿過晶粒，判斷為穿晶斷裂。

以上2個(gè)特征是典型的氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂的特點(diǎn)，且裂紋是由管外向管內(nèi)擴(kuò)展，是由于管子外部的原因?qū)е赂g，初步判斷管子腐蝕原因是氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂。

圖2 裂紋擴(kuò)展方向：管外壁向管內(nèi)壁裂紋擴(kuò)展×50

2.3 SEM形貌分析

選取典型斷口使用掃描電鏡進(jìn)行觀察，通過觀察其微觀組織可以很明顯地看到扇形、魚骨狀和河流狀的組織形態(tài)，這3種形態(tài)是典型的氯離子應(yīng)力腐蝕組織形態(tài)。

圖3 開裂部位微觀組織

2.4 EDS分析

對(duì)掃描電鏡界面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析，結(jié)果顯示腐蝕產(chǎn)物中氯離子含量為0.5%，接近于5000ppm，可以判斷腐蝕產(chǎn)物中含較大量氯元素。

表1 金相樣品表面能譜分析結(jié)果

2.5 結(jié)果討論

通過以上4種手段可以判斷該不銹鋼蒸汽伴熱管線的主要腐蝕原因是外部絕熱層施工不合格導(dǎo)致絕熱層進(jìn)水變濕，在不銹鋼管線和絕熱層之間的空腔內(nèi)由于水分蒸發(fā)造成氯離子富集濃縮，加上管線加工和焊接的殘余應(yīng)力，腐蝕環(huán)境和應(yīng)力共同作用促進(jìn)裂紋產(chǎn)生，造成了不銹鋼伴熱管線發(fā)生氯離子應(yīng)力腐蝕開裂。

3 同類工況檢查

針對(duì)本次發(fā)生的不銹鋼伴熱管線絕熱層下腐蝕的問題，對(duì)廠區(qū)內(nèi)設(shè)備和管線進(jìn)行大范圍的絕熱層下腐蝕調(diào)研檢查。檢查方法是對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)部位進(jìn)行保溫拆除，目視檢查并進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，碳鋼材質(zhì)進(jìn)行測(cè)厚，不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行滲透檢測(cè)。重點(diǎn)檢查部位包括：

（1）塔：上部保冷工況（<30℃），下部保溫工況（>70℃），重點(diǎn)檢查塔下部保溫支撐圈部位；

（2）臥式罐、換熱器：工作溫度70-120℃，重點(diǎn)檢查臥式設(shè)備底部；

（3）高濕度區(qū)域，如冷卻塔的下風(fēng)向區(qū)、蒸汽排放口附近、噴淋系統(tǒng)、酸蒸汽或噴水加速冷卻的附近區(qū)域；

（4）絕熱層、外防護(hù)層破損、開口部位，或有穿透絕熱層的突起及絕熱層終端（如法蘭）；

（5）設(shè)備設(shè)計(jì)中將絕熱層支撐圈直接焊接在容器壁上（支撐圈、加強(qiáng)圈）；扶梯和平臺(tái)支架以及吊耳、接管、加強(qiáng)圈附近；

（6）蒸汽伴熱已損壞或泄漏的設(shè)備或管道；

（7）油漆和/或涂層系統(tǒng)局部發(fā)生損壞；

（8）蒸發(fā)之前濕氣或水自然匯集的部位，與豎直管段底部相連的水平管段中，靠近連接處的端部幾十厘米范圍內(nèi)是CUI腐蝕典型部位。

經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)了大量發(fā)生絕熱層下腐蝕的問題，典型問題包括以下幾類：

（1）設(shè)計(jì)問題：絕熱層安裝階段，保溫鐵皮沒有保持完整連續(xù)，在樓板、扶手等位置斷開，使得雨水等外部水分容易進(jìn)入絕熱層造成腐蝕。由于保溫未包好或打開后沒有及時(shí)恢復(fù)，導(dǎo)致大量不銹鋼、碳鋼的設(shè)備、管道、閥門發(fā)生涂層剝落，金屬材料生銹，嚴(yán)重的部位甚至引起設(shè)備泄漏。

（2）新建裝置有很多部位保溫施工尚未完成，隨開車時(shí)間延長也沒有及時(shí)完成保溫包覆。保溫棉直接暴露在大氣中，隨下雨等情況淋濕，后續(xù)會(huì)進(jìn)一步造成氯離子在金屬表面濃縮腐蝕，對(duì)于設(shè)備管道在CUI敏感溫度范圍的部位后續(xù)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較高；

（3）已運(yùn)行的裝置大量存在管線保溫鐵皮脫開、保溫棉裸露的情況；

（4）儲(chǔ)罐保溫情況：儲(chǔ)罐檢查發(fā)現(xiàn)問題較為集中,下雨后檢查，部分儲(chǔ)罐的罐底部位有水流出，說明罐頂保溫密封不良，保溫支撐圈、人孔部位等部位存在CUI風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

化工廠所在地為沿海地區(qū)，屬溫帶海洋性氣候，裝置中所用不銹鋼材料大多為通用性的304不銹鋼。由于在環(huán)境海鹽微粒中含有氯離子，對(duì)不銹鋼的設(shè)備管道都將引起SCC，同時(shí)當(dāng)選用的保溫材料氯離子含量超標(biāo)，同樣會(huì)引起SCC。為此，為了有效地隔離氯離子對(duì)不銹鋼表面地直接侵蝕，材料定下后配合防腐措施必須跟進(jìn)，從設(shè)計(jì)上避免絕熱層進(jìn)水部位存在，同時(shí)對(duì)防腐保溫的施工和金屬表面涂層的施工進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。最終目的是減少絕熱層下腐蝕的發(fā)生，保證裝置不因設(shè)備泄漏而停工，維護(hù)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。