加氫裂化裝置排凝管焊接區(qū)應(yīng)力腐蝕開裂的試驗研究

加氫裂化裝置排凝管焊接區(qū)應(yīng)力腐蝕開裂的試驗研究

0對制氫管道前需層壓的認識1.1.1.精細氣泡發(fā)生器p1102至高壓換熱器p1101的管道旁凝管提升管和管道之間的焊接口破裂和泄漏。停車后對整個裝置(反應(yīng)區(qū)、高換區(qū)、高分區(qū)、高壓空冷區(qū)、加熱爐區(qū))相關(guān)管線與連接件之間55處焊口進行表面滲透檢查,共發(fā)現(xiàn)5處焊口存在裂紋,包括:反應(yīng)器R1101A出口排凝管、R1101B出口排凝管、R1102出口差壓管和第一床層冷氫差壓管、高壓換熱器E1101入口放空管等與管線之間焊口。檢驗表明,前2處焊口存在穿透性裂紋,后3處焊口存在外表面裂紋。對R1102至E1101入口管線排凝管加強管嘴與管線之間焊口(試件01,見圖1)和R1101A出口排凝管與加強管嘴之間焊口(試件02,見圖2)進行解剖、檢驗分析,以弄清開裂性質(zhì)與成因,并提出處置措施。與裂紋分析相關(guān)的兩處管線、排凝管、加強管嘴均由0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼制成。運行時,開裂區(qū)工作壓力11.5MPa、溫度380℃,管內(nèi)介質(zhì)為反應(yīng)流出物:輕石油10%、重石油15%、柴油15%、尾油55%、氫氣、H11.1宏觀和局部缺陷對01試件,外表面探傷及解剖檢驗顯示,裂紋主要集中于排凝管加強管嘴與管線之間的環(huán)形角焊縫區(qū)(對02試件,裂紋集中于排凝管加強管嘴與排凝管之間的環(huán)形角焊縫區(qū)(對01和02試件,裂紋區(qū)未見宏觀變形及壁厚明顯腐蝕減薄現(xiàn)象。將裂紋試樣(見圖1(b),圖3)打開,多條裂紋已連接貫通,裂紋面(斷口)覆蓋有較厚、較深黑色覆蓋物及腐蝕產(chǎn)物,細觀斷口表面顏色深淺略有變化,可見,裂紋形成與擴展似有一段時間,見圖4。1.2焊縫雙組分纖維段試件01和02焊縫金屬、熱影響區(qū)、母材顯微組織均屬正常,焊縫金屬組織為奧氏體+δ鐵素體,母材組織為奧氏體。在R1101A出口排凝管(試件02)R1102至E1101入口管線排凝管(試件01)可以看出,裂紋多源,多分枝;焊縫金屬、熔合區(qū)及母材區(qū)裂紋路徑均為穿晶型;靠近熔合線的熱影響區(qū)晶間存在碳化物析出,特別是晶界上存在鏈狀碳化物析出,說明材料較長時間處于奧氏體不銹鋼400～850℃敏化溫度區(qū)間。1.3蝕產(chǎn)物或附著于斷裂面從試件01和02取裂紋樣,并沿裂紋面打開以觀察其斷口形貌,部分電子掃描形貌見圖7,8?？梢钥闯?裂紋面上覆蓋有較厚腐蝕產(chǎn)物或附著物,斷裂面細節(jié)已無法看到。對試件01和02裂紋面上覆蓋物及腐蝕產(chǎn)物進行能譜分析,將對材料腐蝕損傷影響較大的Cl由表1,2可看出,試件01斷口表面覆蓋物中,Cl為比較,對試件01和02內(nèi)壁排凝管與加強管嘴之間間隙處(見圖1(d),圖2)附著物或腐蝕產(chǎn)物進行能譜分析,結(jié)果見表1,表明:01試件附著物或腐蝕產(chǎn)物中S含量為6.70%～8.04%,Cl22.1工件介質(zhì)中cl的關(guān)注根據(jù)裂紋形態(tài)(裂紋多源、多分枝)、特征(裂紋縫隙中充滿腐蝕產(chǎn)物)、位置(主要分布在焊縫區(qū)及其附近)、材料(0Cr18Ni9Ti)、介質(zhì)(含Cl檢測顯示,對情況相似的焊接區(qū),在運行溫度(380℃)下,僅含有較多S(H檢查的所有管口中,僅有3處裝置在水平管線、自身垂直向下的冷凝管(見圖11)出現(xiàn)嚴重開裂(需補焊修復(fù)),該處介質(zhì)滯流、并發(fā)生有害元素累積(見表1,2)。顯然,介質(zhì)中含Cl值得關(guān)注的是,對試件02,與管內(nèi)介質(zhì)直接接觸的環(huán)形角縫(還注意到,當(dāng)起始于外表面的裂紋未穿透壁厚前,擴展較慢,范圍也較有限,砂輪打磨很容易消除;一旦裂紋穿透壁厚,內(nèi)外介質(zhì)互相混合,Cl2.2管前焊接接頭(1)嚴控管道內(nèi)(系統(tǒng)內(nèi))介質(zhì)中Cl(2)從結(jié)構(gòu)上避免出現(xiàn)滯流區(qū)和內(nèi)腔間隙。排凝管與加強管嘴之間不應(yīng)形成間隙(見圖1(b)～(d),圖2(a)),焊接接頭應(yīng)移到管嘴端部,其結(jié)構(gòu)改為圖12所示形式,以防有害元素在間隙集聚。(3)嚴防管道外(系統(tǒng)外)形成能誘發(fā)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的條件,如采用不含氯化物的保溫材料,不讓含Cl(4)對查出的、尚未穿透壁厚的外壁淺表裂紋,只需打磨清除,裂紋超過一定深度,打磨清除后補焊修復(fù);對穿透性裂紋,應(yīng)將裂紋徹底清除后補焊修復(fù),鑒于內(nèi)壁裂口周圍介質(zhì)與污物難于清除干凈,焊接極易產(chǎn)生新的裂紋,因此,最好能更換一段管段修復(fù)。補焊修復(fù)應(yīng)盡量減小補焊坡口尺寸,采用低線能量補焊工藝,層溫最好控制在60℃以內(nèi)。3含裂紋介質(zhì)中含油層區(qū)域的裂紋(1)從裂紋形態(tài)、特征和環(huán)境介質(zhì)看,可確認加氫裂化裝置兩處排凝管焊接區(qū)裂紋屬應(yīng)力腐蝕開裂。(2)裂紋為穿晶型,其斷口中含較多Cl(3)介質(zhì)