摘 要 某石化公司渣油加氫裝置反應(yīng)加熱爐入口總管壓力表引壓線發(fā)生開裂，出現(xiàn)介質(zhì)泄漏，直接影響裝置安全運(yùn)行。通過宏觀檢查、化學(xué)成分分析、金相分析、掃描電鏡及能譜分析，找出了引壓線開裂的原因，并提出相應(yīng)改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞 引壓線 保溫層下腐蝕 Cl-濃縮 氯化物應(yīng)力腐蝕開裂

中圖分類號 TQ055.8" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B" "文章編號 0254?6094（2025）02?0339?06

某石化公司渣油加氫裝置反應(yīng)加熱爐于2014年6月投入使用，投入運(yùn)行后間隔11個月停啟一次，2023年10月該加熱爐入口總管壓力表引壓線在運(yùn)行過程中發(fā)生開裂，出現(xiàn)介質(zhì)泄漏，直接影響裝置安全運(yùn)行[1]。筆者通過現(xiàn)場工況調(diào)查、宏觀檢查、化學(xué)成分分析、金相分析、掃描電鏡及能譜分析等方法，分析壓力表引壓線的開裂原因。

1 運(yùn)行工況介紹

渣油加氫裝置反應(yīng)加熱爐壓力表引壓線與入口總管采用承插焊接，硅酸鋁巖棉保溫，依托框架剛性支撐?，F(xiàn)場拆開保溫層發(fā)現(xiàn)角焊縫附近的引壓線側(cè)熱影響區(qū)、母材出現(xiàn)裂紋，裂紋位于管線安裝位置的6～12點(diǎn)方向（剛性支撐側(cè)），如圖1所示。

引壓線詳細(xì)參數(shù)如下：

設(shè)計(jì)壓力 25 MPa

工作壓力 17.5 MPa

設(shè)計(jì)溫度 500 ℃

工作溫度 350 ℃

介質(zhì) 氫氣、硫化氫、混合渣油

規(guī)格 ?33.4 mm×6.35 mm

材質(zhì) TP347

2 試驗(yàn)檢測與分析

2.1 宏觀檢查

圖2為引壓線失效段宏觀形貌，由圖2a、b可見，距角焊縫30 mm范圍內(nèi)存在多條環(huán)向裂紋，其中熱影響區(qū)明顯存在一條長約30 mm的環(huán)向裂紋，裂紋寬度約0.5 mm;母材處多條環(huán)向裂紋中最長裂紋長度約12 mm，寬約1.5 mm，且裂紋周圍存在黑色腐蝕產(chǎn)物與機(jī)械損傷。失效管段沿軸向剖開形貌如圖2c、d所示，內(nèi)壁整體呈黑色，無明顯沖刷腐蝕痕跡;外壁局部區(qū)域發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)、母材處的裂紋已貫穿至內(nèi)壁，外壁裂紋寬度明顯大于內(nèi)壁，可見裂紋由外壁啟裂;內(nèi)壁裂紋處存在凹陷變形。

2.2 化學(xué)成分分析

采用德國SPECTROLAB直讀光譜儀對引壓線進(jìn)行化學(xué)成分分析，引壓線化學(xué)成分符合ASME SA?312/SA?312M對TP347材料的要求（表1）。

2.3 金相分析

引壓線熱影響區(qū)裂紋尖端軸向截面裂紋形貌及金相組織如圖3所示，熱影響區(qū)存在多條裂紋，裂紋均啟裂于外壁，沿厚度方向由外向內(nèi)穿晶擴(kuò)展，呈樹枝狀，存在較多分支;焊縫區(qū)金相組織為奧氏體+δ鐵素體，如圖4所示;熱影響區(qū)及母材金相組織均為奧氏體，熱影響區(qū)裂紋附近金相組織未見異常，且熱影響區(qū)晶粒較母材粗大，如圖5所示。

母材貫穿裂紋附近軸向截面裂紋形貌及金相組織如圖6所示，該截面裂紋形貌與熱影響區(qū)裂紋形貌相似，呈樹枝狀穿晶擴(kuò)展，近外壁表面可見明顯的腐蝕痕跡，金相組織為奧氏體。

2.4 掃描電鏡及能譜分析

2.4.1 掃描電鏡分析

采用JSM?6510掃描電鏡對斷口進(jìn)行微觀形貌分析，如圖7所示。原始開裂區(qū)表面存在桿狀、片狀、塊狀垢物，且垢物表面存在二次裂紋，如圖7a、b所示，清洗后的原始開裂區(qū)表面呈解理臺階、河流狀花樣，為典型的脆性斷口;打斷區(qū)表面呈韌窩狀，為典型的塑性斷裂形貌，如圖7c、d所示。

2.4.2 能譜分析

能譜分析結(jié)果見表2，可以看出，未貫穿裂紋縫隙、原始開裂區(qū)垢物主要以鐵的氧化物形式存在，除含Al、Na、K、Ca等雜質(zhì)元素以外，還含有大量具有腐蝕性的S、Cl元素，最高處分別達(dá)1.74%、1.38%，近外壁區(qū)S、Cl元素含量高于近內(nèi)壁區(qū)。

3 討論

根據(jù)以上分析可知，引壓線化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求;金相組織為奧氏體，裂紋均啟裂于外壁，呈樹枝狀穿晶擴(kuò)展，存在較多分支，近外壁表面可見明顯腐蝕痕跡;斷口形貌呈解理臺階，且含有大量的具有腐蝕性Cl元素。

應(yīng)力腐蝕開裂是材料、應(yīng)力和環(huán)境三者共同作用的結(jié)果[2]。筆者所提失效引壓線材質(zhì)為TP347，屬于奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼具有良好的自鈍化性，其耐蝕能力源于表面的鈍化膜，但在含Cl-的腐蝕環(huán)境中，奧氏體不銹鋼容易造成鈍化膜的破壞而被腐蝕[3]。引壓線長期處于高溫高壓工況，自身工作應(yīng)力較高;與入口總管采用承插焊連接，由于奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱性差、線膨脹系數(shù)大，容易造成較大的焊接殘余應(yīng)力;安裝采用剛性支撐，也易產(chǎn)生較大的應(yīng)力，在應(yīng)力的作用下，位錯沿著滑移面運(yùn)動，在金屬表面產(chǎn)生滑移臺階，也會導(dǎo)致鈍化膜局部破壞。剛性支撐處保溫結(jié)構(gòu)密閉性較差，雨水易從該處滲入保溫層，溶解保溫層中的Cl-[4]，并和自身攜帶的Cl-形成Cl-含量較高的水滴，積累在管道表面，由于該管線運(yùn)行溫度較高，致使水滴蒸干，引起Cl-濃縮，并穿透不銹鋼的鈍化膜。不銹鋼表面鈍化膜破損處活潑金屬裸露，與有膜金屬形成鈍化-活化原電池;伴隨陽極溶解產(chǎn)生陽極極化，使陽極周圍鈍化，在蝕坑及裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜，而在應(yīng)力作用下蝕坑底部裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，使鈍化膜再次破裂，形成新的活性陽極區(qū)[5]。上述過程循環(huán)往復(fù)，最終形成沿壁厚貫穿的穿晶裂紋。

4 結(jié)論及建議

引壓線開裂失效機(jī)理為氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。主要失效原因?yàn)閯傂灾翁幈亟Y(jié)構(gòu)密閉性較差，雨水易從該處滲入保溫層，溶解保溫中的Cl-并和自有的Cl-，形成Cl-含量較高的水滴，積累蒸干于高溫引壓線外表面，引起Cl-濃縮，于角焊縫附近的應(yīng)力集中部位發(fā)生層下氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。

建議改善支撐結(jié)構(gòu);避免使用含Cl-的保溫材料;降低管道表面粗糙度，減少氯化物積聚的可能性;對于該類管線應(yīng)力集中部位，定期巡檢，保證保溫層完好無損。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 宮慶想，劉小輝.石化裝置小接管隱患分析及檢測與管理對策[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2024，41（2）：22-26.

[2] 劉傳森，李壯壯，陳長風(fēng).不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂綜述[J].表面技術(shù)，2020，49（3）：1-13.

[3] 王貴斌.奧氏體不銹鋼的腐蝕與防護(hù)[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2023，（4）：5-12.

[4] 楊宏泉，段永鋒.奧氏體不銹鋼的氯化物應(yīng)力腐蝕開裂研究進(jìn)展[J].全面腐蝕控制，2017，31（1）：13-19.

[5] 姜營，王江濤.保溫層下腐蝕的失效案例分析[J].石油和化工設(shè)備，2024，27（3）：174-176.