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5.5.1濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂案例：濕硫化氫環(huán)境中重沸器失效分析

2021-10-27 11:54:57 作者：工業(yè)小南點(diǎn) 來源：工業(yè)小南點(diǎn) 分享至：

5.5.1

濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂案例

案例一

濕硫化氫環(huán)境中重沸器失效分析

穩(wěn)定塔底重沸器是煉油廠催化裝置穩(wěn)定工段的換熱設(shè)備，其殼程介質(zhì)是未經(jīng)脫硫的穩(wěn)定汽油，管程介質(zhì)是分餾中段油，穩(wěn)定汽油從重沸器殼程出來后再進(jìn)入堿洗脫硫工序。重沸器的主要工藝參數(shù)為操作壓力1.0/1.2MPa（管程/殼程），入口溫度200/141℃（管程/殼程）、出口溫度180/165℃（管程/殼程）。

該重沸器殼程材質(zhì)16MnR，為一進(jìn)二出結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定汽油從殼體下部中間進(jìn)入，加熱后從上部兩端出來。于1997年7月投入使用，使用不到3個(gè)月，殼體下部出現(xiàn)了泄漏。檢修開裂的重沸器時(shí)，有較濃的H2S氣味，殼體下部兩端沉積了很厚的一層泥垢。清洗后，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)表面環(huán)焊縫和支座補(bǔ)強(qiáng)板焊縫處有密集的裂紋。殼體外表面也檢測到與焊縫垂直的裂紋。

01 重沸器的檢測

①介質(zhì)成分。

殼程介質(zhì)穩(wěn)定汽油中硫含量為300～350mg?L-1，氨氮7～10mg?L-1，Cl- 4～10mg?L-1，殼程介質(zhì)pH4～5；

②殼體開裂部位的宏觀檢測。

殼體下部開裂部位的宏觀形態(tài)見圖5-55，剖面開裂情況見圖5-56，將帶裂紋的試樣沿裂紋掰開后的斷口宏觀形態(tài)見圖5-57。

圖5-55 殼體下部開裂部位的宏觀形態(tài)

圖5-56 環(huán)焊縫剖面開裂情況

圖5-57 帶橫向裂紋的試樣沿裂紋掰開后的斷口宏觀形態(tài)

③金相檢測和斷口觀察。

圖5-58為剖面上的氫致裂紋，大裂紋的尖端兩側(cè)都有擴(kuò)展的細(xì)小裂紋，圖5-59為氫致裂紋的尖端，細(xì)小裂紋呈斷續(xù)層狀，已經(jīng)開始出現(xiàn)沿晶的特征，并逐步連接在一起。圖5-60為金屬內(nèi)部的MnS夾雜處氫致裂紋，MnS脫落，由于積聚的氫壓不足不能引起兩端開裂，圖5-61為氫致裂紋在金屬內(nèi)部的MnS夾雜處，MnS還沒有脫落，一端已經(jīng)開裂。

圖5-58 金相剖面上的氫致裂紋

圖5-59 氫致裂紋的尖端

圖5-60 MnS夾雜處氫致裂紋（MnS脫落）

圖5-61 MnS夾雜處氫致裂紋（一端已經(jīng)開裂）

非金屬夾雜物形成的偏析帶和夾雜帶，形成了原子氫的陷阱。原子氫最容易聚集在這里，從而形成高的氫壓，進(jìn)而引發(fā)裂紋直至最終產(chǎn)生分層，導(dǎo)致HIC和HB的發(fā)生。

④掃描電鏡斷口形態(tài)觀察。

圖5-62為母材和熱影響區(qū)的斷口宏觀形態(tài)，為混合斷口。有的以穿晶為主帶有大量的二次裂紋形成的層狀和臺(tái)階狀裂紋，斷口中有典型的氫鼓包。熱影響區(qū)斷口為混合型斷口，氫致沿晶二次裂紋，有明顯的雞爪形花樣。

內(nèi)壁熱影響區(qū)靠近母材一側(cè)焊接回火區(qū)的裂紋斷口形態(tài)，為混合斷口。有的以穿晶為主，帶有大量的沿晶二次裂紋。有的又以沿晶為主，帶有大量的明顯的雞爪形花樣。

圖5-62 母材和熱影響區(qū)的斷口形態(tài)

圖5-63為將斷口試樣按照一定的角度斜磨成金相試樣，以便同時(shí)在掃描電鏡下觀測斷口中的裂紋在斷口下面的擴(kuò)展情況。圖中可以看到，斷口表面的二次裂紋在向金屬內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)向沿晶擴(kuò)展；

圖5-63 由斷口斜磨成金相試樣

⑤腐蝕產(chǎn)物能譜分析。

據(jù)檢測，重沸器的腐蝕產(chǎn)物還含有一定量的Cl。

02 結(jié)論

重沸器殼體開裂是因?yàn)闈窳蚧瘹鋺?yīng)力腐蝕開裂造成的。

由于穩(wěn)定汽油中會(huì)攜帶部分水分進(jìn)入重沸器中，在殼體的底部溫度相對較低的區(qū)域有冷凝水，H2S會(huì)溶解于其中。同時(shí)殼體下部的兩側(cè)區(qū)域也成為穩(wěn)定汽油的滯留區(qū)，穩(wěn)定汽油中所含雜質(zhì)容易在此處沉積也會(huì)加劇該部位的垢下腐蝕。又因?yàn)橹胤衅魑催M(jìn)行熱處理消除殘余應(yīng)力，加劇了焊接部位的應(yīng)力腐蝕開裂。

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