德士古氣化爐導壓管失效分析

第8期付濤等:德士古氣化爐導 壓管失效分析●121●德士古氣化爐導壓管失效分析付濤',張琦?(1.陜西渭河煤化工集團有限責任公司,陜西渭南714000;2.渭南市特種設備檢驗所,陜西渭南714000)摘要:對導壓管完好樣和失效樣進(jìn)行對比,通過(guò)宏觀(guān)形貌觀(guān)察、化學(xué)成分分析、破口及裂紋根部宏觀(guān)形貌及顯微組織形貌觀(guān)察,結合實(shí)際工況,分析材料失效主要是由應力腐蝕引起的,并提出了相應的解決方法。關(guān)鍵詞:導壓管;腐蝕;失效分析中圖分類(lèi)號:TQ545文獻標識碼:C文章編號:1008 -021X(2014)08 -0121 -04Failure Analysis of Pressure Tube of Texaco GasiferFu Tao' , Zhang Qi?(1. Shaanxi Weihe Coal Chemical Corporation Group Ltd. , Weinan 714000;2. Weinan Special Equipment Inspection, Weinan 714000 ，Chian)Abstract: The comparison of un - filure and failure pesure tubes was examined. Macroscopic and microecopicappearances of the cleavage and the crack were observed. Hardness and chemical composition were evaluated. Combing theactual working conditions , failure of the pressure tube was caused by stress corrosion, and the solving measurements wereput forward.Key words:pressure tube ;corrosion ;ailure analysis1設備及 失效情況介紹態(tài),介質(zhì)為高壓氦氣,與氣化爐爐內保持微正壓狀態(tài),爐內溫陜西渭河煤化工集團有限責任公司的氣化裝置,是我國度1300C左右,爐外壁溫度220C左右。氣化爐導壓管在氣引進(jìn)的大型水煤漿加壓氣化裝置,建于20世紀90年代,其化爐正常運行時(shí)突然發(fā)生氮氣管線(xiàn)爆裂(如圖1所示),導致中- -期合成氨目前已運行20余年,采用美國德士古的水煤氣化爐中的高溫混合 工藝氣進(jìn)人氮氣管線(xiàn)，引起連接法蘭接漿加壓氣化技術(shù),壓力為6. 5MPa的激冷流程。-期裝置配管超溫顏色變紅,存在回火現象。置了3臺氣化爐實(shí)行2開(kāi)1備,年產(chǎn)合成氨300kt。通過(guò)與完好試樣對比,對失效部位的材料進(jìn)行了宏觀(guān)形貌觀(guān)察、化學(xué)成分分析、顯微組織觀(guān)察、硬度測試、表面和斷口的宏觀(guān)微觀(guān)形貌觀(guān)察,結合設備的實(shí)際工況,最終明確了了該部件的失效原因和機理,并提出相應對策以避免類(lèi)似情況的發(fā)生。2失效分析2.1宏 觀(guān)形貌檢驗將完好樣與失效樣進(jìn)行宏觀(guān)形貌對比(如圖2所示),可以看到失效樣整體上(徑向和周向)未出現明顯的塑性變形,且未出現明顯的脹粗痕跡。失效樣的中部存在- -個(gè)破口,破口張開(kāi)程度較小，且破口張開(kāi)的根部存在不規則分支裂紋,該裂紋呈分枝狀分布。破口周?chē)懿某霈F明顯的均勻腐蝕形貌,其顏色為深黃褐色,破口所在處的管子兩端,顏色呈灰白色,為原始防腐表面顏色。說(shuō)明破口的產(chǎn)生與導壓管該段出現的腐蝕有很大關(guān)系。圖1導壓管爆裂形貌氣化爐設置導壓管,氣化爐導壓管正常運行為常溫狀收稿日期:2014-06 -10作者簡(jiǎn)介:付濤(1985 -) ,陜西西安人,大學(xué)本科,助理工程師,從事化工裝置動(dòng)設備和靜設備管理及研究。山東化工●122●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2014年第43卷a|b圖2完好樣(a)與失效樣(b)宏觀(guān)形貌對比破口的宏觀(guān)形貌如圖3所示,破口呈現脆性斷口特征、破口近內壁存在有許多與破口方向一致的縱向表面裂紋，該裂紋粗糙、邊緣為不平整的鈍邊,破口處管壁厚沒(méi)有明顯減薄。呈斷網(wǎng)狀分布。破口根部裂紋尖端存在許多細小擴展裂斷口表面覆蓋一層黃褐色物質(zhì)。紋,其形態(tài)為樹(shù)枝狀分布,見(jiàn)圖4(b)。將失效樣沿破口水平中心位置剖開(kāi),分為兩部分,其中-部分包括完整的破口。比較兩部分的外表面，可以發(fā)現破口所在的部位顏色較深，為黃褐色;而破口周?chē)念伾液谏?。管子兩端外表面的顏色較淺,為灰白色,為防腐原始表面。比較剖開(kāi)兩部分的內表面,其中不含破口的一部分經(jīng)除銹、清洗處理,其內表面有明顯的腐蝕坑，且分布不均勻,導圖3破口宏觀(guān)形貌壓管上破口正對的管壁部位分布的腐蝕坑較大且數量較多見(jiàn)圖4(a);含破口處的管子內壁也有大量的腐蝕坑，破口附圖4破口正對處內壁腐蝕形貌(a)及根部樹(shù)枝狀裂紋(b)2.2化學(xué)成分分析進(jìn)行化學(xué)成分分析,結果見(jiàn)表1。依據GB/ T20878 - 2007《不氣化爐導壓管材質(zhì)為T(mén)P304,管徑60mm,壁厚4.0mm。銹鋼和耐熱鋼牌號及化學(xué)成分》中的規定對檢測結果進(jìn)行比根據GB 223.1《化學(xué)分析方法》對完好樣和失效樣兩根管材較,可以看到成分符合標準要。表1完好樣和失效樣化學(xué)成分分析%編號PMrNTi完好樣0.0480.020.027.700.8918.0010.34失效樣:0.0470.000.0280.511.4518.9210.810.33GI乏0.08當0.03 ;≤0.045≤1.00≤2.0017-195C -0.72.3顯微組 織觀(guān)察可以看到,完好樣的基體上有大量的TiN相析出相,其依據CB/T 13298 - 1991<金屬顯微組織檢驗方法》、GB/形貌為四邊形、橢圓形等,其金相組織為:奧氏體+氮化物;T 6349 - 2002<金屬平均晶粒度測定方法》規定,對完好樣、晶粒度為G6. 0。而失效樣破口位置附近的顯微組織形貌金破口附近及裂紋根部金屬基體進(jìn)行顯微組織觀(guān)察,試樣進(jìn)過(guò)相組織為:奧氏體+鐵素體+碳化物，晶粒度為:G5.5,試樣機械拋光后,使用王水進(jìn)行浸蝕，其顯微組織形貌如圖5所上存在裂紋,裂紋由內表面向外表面擴展,該裂紋以穿晶方示。式開(kāi)裂并擴展。從裂紋根部擴展顯微組織形貌來(lái)看試樣內第8期付濤等:德士古氣化爐導壓管失效分析●123.表面有多處裂紋,從裂紋的根部及尖端均可見(jiàn)其內存在腐蝕洞中存 在腐蝕產(chǎn)物;也存在相互平行斷續狀裂紋,裂紋中充產(chǎn)物,裂紋開(kāi)裂方式為穿晶開(kāi)裂,且晶界存在黑色的顆粒狀滿(mǎn)腐蝕產(chǎn)物。.的析出物,材質(zhì)敏化,在裂紋的尖端存在氧化孔洞,并且在孔(a)完好樣(b)破口位置附近(c)裂紋根部圖5顯徼組織形貌2.4 硬度測試平整的鈍邊,且斷口處沒(méi)有明顯的減薄。對于裂紋根部取的依據GB/T 4340.1 - 2009<金屬材料維氏硬度試驗第1樣品,斷口試樣表面形分為兩部分,-部分是原始開(kāi)裂區域，部分:試驗方法>和參照CB/T13296 -2007《鍋爐熱交換器表面覆蓋氧化物,顏色較暗， 部分新打開(kāi)區域,表面有明顯用不銹鋼無(wú)縫鋼管>中規定的力學(xué)性能，見(jiàn)表2,材料硬度均的韌窩。滿(mǎn)足材料標準要求。采用二次電子成像(SEM)對斷口試樣進(jìn)行觀(guān)察，如圖6表2完好樣和失 效樣硬度檢測所示。(a)為破口處形貌,可以看到為明顯的解理斷裂,其表編號硬度(HV10)面較為平整,晶界清晰,在斷口上可以觀(guān)察到明顯的解理臺階,解理擴展紋起源于晶界,表面覆蓋-層腐蝕產(chǎn)物。(b)為完好樣150.5147.5151.0裂紋根部形貌,其斷口表面也為明顯的解理斷裂特征,表面失效樣153.5154.0152.5存在明顯的解理臺階,晶界清晰,表面覆蓋-層腐蝕產(chǎn)物。GIs 200(c)為破口正對處內壁形貌,試樣的腐蝕坑里形貌較為平整，5斷口形貌觀(guān)察晶界清晰，在晶間上有明顯的敏化物質(zhì)。通過(guò)能譜檢測對斷口宏觀(guān)形貌進(jìn)行觀(guān)察可以看到,斷口試樣未出現塑(EDS) ,發(fā)現破口、裂紋根部及內壁腐蝕坑位置均有S和Cl性變形痕跡,呈明顯的脆性斷口特征,表面較粗糙,邊緣為不元素。80xV X1.000 oyen WD8.OrnmNONE(a)破11處(b)裂紋根部山東化工●124●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2014年第43卷(c)破口對應內壁圖6 顯微組織形貌3綜合分析蝕產(chǎn)物;在管線(xiàn)的破口介質(zhì)進(jìn)口側材料存在明顯的敏化特3.1 結果征。(1)從材料的化學(xué)成分和硬度滿(mǎn)足對應國標要求。(3)根據工藝條件,該管線(xiàn)為微正壓,與氣化爐內相連，(2)失效樣的金相組織為奧氏體+鐵素體+碳化物,材在運行條件下,若流速較低,那么氣化爐中的介質(zhì)容易進(jìn)入料發(fā)生了敏化;而完好管子材料的金相組織為奧氏體+氮化該管線(xiàn)。從而在水平管內形成腐蝕環(huán)境(硫化氫、氧、灰分鈦,組織正常。等),導致灰分下硫、氧腐蝕,形成局部腐蝕坑和平行腐蝕條(3)斷口表面無(wú)明顯塑性變形,平齊,表面粗糙脆性斷紋;同時(shí)由于氣化爐介質(zhì)溫度較高,與管線(xiàn)來(lái)的溫度較低的裂,解理特征。氮氣接觸,將進(jìn)入該管線(xiàn)的合成氣溫度降低,形成干濕交替(4)含破口管子的內表面存在裂紋,裂紋擴展方向由內的腐蝕環(huán)境。表面指向外表面,且在破口附近存在裂紋與破口方向一致,4結論與建議裂紋間隙中存在腐蝕產(chǎn)物。應力腐蝕是導致管爆裂的主要原因。氣化爐介質(zhì)進(jìn)人(5) 在管的內壁存在腐蝕坑,腐蝕產(chǎn)物的主要有害元素管線(xiàn),形成腐蝕環(huán)境,導致表面局部腐蝕-腐蝕坑,成為裂紋為S和Cl元素。.源。建議如下:(1)工藝調整,避免氣化爐介質(zhì)進(jìn)人管線(xiàn);(2)3.2分析增加管線(xiàn)氣體流量;(3)在彎頭部位設置跨線(xiàn),增加流量;(1)通過(guò)檢測結果、氣化爐的工藝條件以及管線(xiàn)的功能，(4)對該管線(xiàn)和連接氣化爐管線(xiàn)進(jìn)行全面檢驗,確定其他部可以看出,氣化爐工作在高溫、灰分、水分、硫化氫和氧環(huán)境;位損傷情況。然而該管線(xiàn)處于常溫狀態(tài),氮氣介質(zhì)。在正常的工藝條件下,管線(xiàn)無(wú)腐蝕環(huán)境,不存在腐蝕。(本文文獻格式:付濤,張琦. 德士古氣化爐導壓管失效(2)失效的典型特征為內表面局部腐蝕- - -腐蝕坑;分析[J].山東化工,2014 ,43(8):121 -124. )斷口特征為脆性斷裂,解理開(kāi)裂;在裂紋尖端縫隙中存在腐(上接第120頁(yè))康有序及快速地發(fā)展,今后我國乙丙橡膠工業(yè)的發(fā)展應朝4建議意見(jiàn)著(zhù)提高生產(chǎn)規模，擴大應用領(lǐng)域,積極應用新技術(shù),加快新型結合市場(chǎng)需求和國外先進(jìn)企業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向,筆者建單體及催化劑的國產(chǎn)化方向努力。相信在中石油吉林公司議國內的生產(chǎn)企業(yè)從幾個(gè)方向人手改進(jìn)生產(chǎn)工藝:和國內其他單位大力投人研發(fā)的努力下,我國- -定能在短時(shí)(1)提高單線(xiàn)生產(chǎn)規模,加大投入解決工藝上瓶頸問(wèn)題，間內打破西方技術(shù)壟斷,開(kāi)發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權的乙丙橡重點(diǎn)解決反應器及攪拌和傳熱工程設計問(wèn)題。力爭提高到膠新技術(shù)和更多滿(mǎn)足市場(chǎng)需要的新產(chǎn)品牌號。單線(xiàn)3萬(wàn)t規模。參考文獻(2)組成聯(lián)合體,解決催化劑國產(chǎn)化問(wèn)題,并嘗試新型茂[1]中商情報網(wǎng).2013年我國三元乙丙橡膠市場(chǎng)發(fā)展狀況金屬催化劑的試制和應用。[EB/OL]. [2013 -08 - 20]. htp://www. askci. com/(3)加大新產(chǎn)品牌號的開(kāi)發(fā),尤其是高附加值牌號產(chǎn)品news/20130820/154636186329593. shtml.以滿(mǎn)足國內市場(chǎng)需要,提高裝置經(jīng)濟效益。采用新品種第三單體是重點(diǎn)方向。(本文文獻格式:袁閱春,姜波. 三元乙丙橡膠生產(chǎn)技術(shù)探5結束語(yǔ)討[J].山東化工,2014 ,43(8):119 - 120,124. )以乙丙橡膠的發(fā)展趨勢來(lái)看,為保持我國乙丙橡膠健