2014年2月Feb.2014第37卷第1期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 37 No. 1水煤漿變換系統(tǒng)材料失效情況總結(jié)及應(yīng)對措施李敏(中國石化金陵分公司,江蘇南京210033)摘要:水煤漿變換系統(tǒng)不銹鋼管線及設(shè)備多次發(fā)生材質(zhì)失效,對此開展全面失效分析,并通過材質(zhì)升級、風(fēng)險(xiǎn)分析及安全評定聲發(fā)射在線監(jiān)測等手段保證裝置安穩(wěn)長運(yùn)行。關(guān)鍵詞:水煤漿變換系統(tǒng)奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕1概述中溫?fù)Q熱器中國石化金陵分公司(簡稱金陵石化)煤化工裝置采用CE水煤漿加壓氣化技術(shù),其中變換系統(tǒng)第一區(qū)第二區(qū)中溫變采用一氧化碳耐硫變換工藝,由2臺并聯(lián)的預(yù)變變換爐區(qū)人變換熾?yún)^(qū)換爐串聯(lián)2臺中溫變換爐和1臺低溫變換爐組甲烷化換熱器廢熱鍋爐成,變換爐間有廢熱鍋爐取熱調(diào)溫,經(jīng)水分離器后變換氣廢熱鍋爐廢熱鍋爐送至NHD脫硫脫碳工段。變換系統(tǒng)流程見圖1。圖1凈化裝置變換系統(tǒng)流程表1工藝氣干基主要成分及狀態(tài)溫度/壓力/工藝氣(干基)主要成分,%項(xiàng)目℃MPaHSH,預(yù)變換爐前介質(zhì)第一中溫變換爐進(jìn)口至第二中溫變換爐出口28042034-3.81(出口)/40(進(jìn)口)0141(出口)22(進(jìn)口)0.355(出口)/365(進(jìn)口)低溫變換爐后介質(zhì)2600.30.3由于變換系統(tǒng)設(shè)備及管線長期在臨氫含硫、特點(diǎn)是溫度較低且屬于含有HSCH、CO2、H2的濕高溫高壓介質(zhì)下運(yùn)行(主要介質(zhì)成分見表1),存在態(tài)介質(zhì),管線材質(zhì)均為d720mm×18mm單焊縫不氫腐蝕、回火脆化、蠕變、連多硫酸應(yīng)力腐蝕等損銹鋼管,SUS321材質(zhì)Crl8NlT),其余管徑管傷機(jī)理。從2005年9月裝置投產(chǎn)以來,變換系統(tǒng)線極少發(fā)生焊縫開裂表2為2005年9月裝置開不銹鋼管線及設(shè)備多次發(fā)生腐蝕失效故障,對裝工以來管線故障統(tǒng)計(jì)。從表2可以看出,管線裂紋置安穩(wěn)長生產(chǎn)造成了重大威脅。目前國內(nèi)外煤化主要存在3種形態(tài),一種為裂紋在垂直焊縫方向工領(lǐng)域在此環(huán)節(jié)的材料選型并未形成指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)幾乎等距排列,裂紋長度約130-140mm,起源于焊規(guī)范,對失效原因、監(jiān)控措施以及材質(zhì)選型,通過縫內(nèi)表面,穿過焊縫并于熱影響區(qū)發(fā)生分叉,具有和科研單位、高校合作在實(shí)踐中摸索安全穩(wěn)定運(yùn)較典型應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài),見圖2。另一種為沿環(huán)行的方法。焊縫方向開裂,裂紋是單支的,長度較長,由管內(nèi)壁焊縫根部啟裂,向外壁發(fā)展。由變徑管內(nèi)壁環(huán)焊2材質(zhì)失效情況說明21管線焊縫失效收稿日期:2013-08-14;收到修改稿日期:2013-12-26。變換系統(tǒng)不銹鋼管線失效部位集中在預(yù)變換作者簡介:李敏,男,1980年2月出生,工程師,本科學(xué)歷,畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院腐蝕與防護(hù)專業(yè),現(xiàn)任中國石化金陵?duì)t進(jìn)口以及低溫變換爐出口2條DN00m管線分公司煤化工運(yùn)行部設(shè)備管理科副科長。聯(lián)系電話:025-的環(huán)焊縫以及接管角焊縫上,其失效部位的共同58972025;E-maillim.jlsh@sinopec.com14瓦留2014年第37卷縫兩邊的(焊趾)根部同時(shí)啟裂和發(fā)展的裂紋基本沿熔合線擴(kuò)展,裂紋分叉特征典型,見圖3、圖4。表22005年9月裝置開工以來管線故障統(tǒng)計(jì)時(shí)間故障部位裂紋形態(tài)是否導(dǎo)致停車處理辦法2006-11低溫變換爐出口DM00mm管線環(huán)焊縫垂直于焊縫2007年9月更換管線2007-03低溫變換爐出口DN700mm管線環(huán)焊縫垂直于焊縫2007年9月更換管線2007-10預(yù)變換爐進(jìn)口DN700mm管線環(huán)焊縫垂直于焊縫2008年6月更換為雙焊縫管線200808低溫變換爐出口DN700mm管線角焊縫垂直于焊縫200902低溫變換爐出口DN700mm管線環(huán)焊縫垂直于焊縫否否否否否是2009年4月貼補(bǔ),2009年5月更換為雙焊縫管線2009年4月貼補(bǔ),2009年5月更換為雙焊縫管線2009-04預(yù)變換爐進(jìn)口DN700mm管線環(huán)焊縫及熱沿焊縫方向更換部分管件,加固支撐電偶角焊縫200905預(yù)變換爐進(jìn)口DM00mm管線環(huán)焊縫沿焊縫方向是更換全部管件,加固支撐2009-10低溫變換爐出口D№00mm加強(qiáng)管環(huán)焊縫垂直于焊縫否009年1l月貼補(bǔ),2010年3月整條管線更換為316L2009-11預(yù)變換爐進(jìn)口DN700mm管線環(huán)焊縫沿焊縫方向是更換管線,改變局部管線布置,2010年3月整體更換為316L管線201004預(yù)變換爐進(jìn)口管線DN50mm接管角焊縫垂直于焊縫2011年3月更換原有角焊縫部位管線為整體成型的316L集氣管件201007第一中溫變換爐進(jìn)口激冷管線DN250mm垂直于焊縫否01年1月貼補(bǔ),2011年3月更換原有角焊縫部位環(huán)焊縫管線為整體成型的316L集氣管件2010-11預(yù)變換爐進(jìn)口管線多處DN250mm接管角垂直于焊縫是011年1月貼補(bǔ),2011年3月更換原有角焊縫部位焊縫管線為整體成型的316L集氣管件2010-11低溫變換爐進(jìn)口管線DN40mm熱電偶角垂直于焊縫否2011年3月更換原有角焊縫部位管線為整體成型的焊縫316L集氣管件2012-04低溫變換爐出口壓力表接管座角焊縫垂直于焊縫2012年8月更換低溫變換爐出口所有角焊縫部位管線為整體成型的316L集氣管件013-01預(yù)變換爐A進(jìn)口介質(zhì)死區(qū)環(huán)焊縫垂直于焊縫013年4月貼補(bǔ)第三種為接管角焊縫裂紋,裂紋垂直焊縫方向,由根部啟裂向外壁發(fā)展,見圖5。圖2垂直于焊縫裂紋形態(tài)圖5接管角焊縫裂紋形態(tài)此外,從表2也可以看出變換系統(tǒng)管線故障高發(fā)期在2009-2010年,隨著2010201年逐步將材質(zhì)更換為316L,環(huán)焊縫故障顯著下降,但圖3沿環(huán)焊縫裂紋形態(tài)2010年角焊縫故障大大增加,2011-2012年采用集氣管件對接焊代替原接管角焊縫以來,整體故障減少明顯。22靜設(shè)備材質(zhì)失效在裝置運(yùn)行及檢修過程中多次發(fā)現(xiàn)變換爐內(nèi)襯裂紋以及廢熱鍋爐管板焊縫裂紋泄漏,形成重大安全隱患。通過研究分析二者失效機(jī)理基本相圖4裂紋宏觀剖面形貌同,下面主要以變換爐為主進(jìn)行分析討論。表3為第1期李敏.水煤漿變換系統(tǒng)材料失效情況總結(jié)及應(yīng)對措施152005年9月開工以來變換系統(tǒng)靜設(shè)備的主要故障統(tǒng)計(jì)。表32005年9月開工以來變換系統(tǒng)靜設(shè)備主要故障統(tǒng)計(jì)時(shí)間故障部位裂紋形態(tài)是否導(dǎo)致停車處理措施200904低溫變換爐下層熱電偶接管與雙面坡口根部未熔合缺陷發(fā)展造成裂紋2010年3月更換熱電偶加強(qiáng)管筒體焊縫熔合線貫穿200910低溫變換爐出口加強(qiáng)管環(huán)焊縫環(huán)焊縫裂紋為垂直焊縫裂紋,內(nèi)襯為網(wǎng)狀2009年11月貼補(bǔ),2010年3月裂紋,內(nèi)襯網(wǎng)狀裂紋裂紋更換管線2011-03預(yù)變換爐、預(yù)變換爐A第一中低溫變換爐內(nèi)襯焊縫大量裂紋,預(yù)變換否2012年8月低溫變換爐更新,其溫變換爐、低溫變換爐內(nèi)襯焊縫爐、預(yù)變換爐A第一中溫變換爐人孔及余反應(yīng)器局部打磨補(bǔ)焊后經(jīng)風(fēng)部分焊縫裂紋險(xiǎn)分析及安全評定后繼續(xù)使用2008開始第一中溫變換爐廢熱鍋爐管板集中在“U"型管管板中部上下三排換熱管否每次檢修期間進(jìn)行查漏補(bǔ)焊,修換熱管焊縫裂紋泄漏焊縫復(fù)極為困難,計(jì)劃2014年更新2013-02低溫變換爐廢熱鍋爐管板換熱集中在“U”型管管板最外圈上部換熱管焊否2013年4月查漏補(bǔ)焊修復(fù)困難管焊縫裂紋泄漏縫,并向管板焊縫延伸221變換爐的結(jié)構(gòu)和參數(shù)氣體進(jìn)口變換系統(tǒng)共有5臺變換爐,均為立式結(jié)構(gòu),由集氣器殼體、人口氣體分布器催化劑、絲網(wǎng)、耐火瓷球、上封頭卸料口和出口氣體捕集器等組成。預(yù)變換爐結(jié)構(gòu)見圖6,其余4臺變換爐結(jié)構(gòu)與開孔耐之類似,第一中溫變換爐、第二中溫變換爐、低溫火瓷球變換爐均為上下兩床層結(jié)構(gòu)。催化劑5臺變換爐均為Ⅲ類中壓反應(yīng)容器,焊接接2卸料孔頭系數(shù)為10,預(yù)變換爐A、預(yù)變換爐、第二中溫變m:開孔耐換爐、低溫變換爐主體材質(zhì)為復(fù)合板結(jié)構(gòu),第一中溫變換爐主體材質(zhì)為基材+堆焊層結(jié)構(gòu),CrMo鋼裙座集氣器基材為正火加回火的熱處理狀態(tài),設(shè)備制造完成后進(jìn)行整體消應(yīng)力熱處理。5臺變換爐的主要技術(shù)參數(shù)見表4。圖6預(yù)變換爐結(jié)構(gòu)表4變換爐主要技術(shù)參數(shù)設(shè)備名稱設(shè)計(jì)壓力/設(shè)計(jì)溫度/操作壓力/操作溫度/壁厚/mm容積/介質(zhì)主體材料MPa體封頭規(guī)預(yù)變換爐A3.73320水煤氣15 ArMoR+0Grl8Ni046+332+32500×1075021預(yù)變換爐320水煤氣15CMoR+0Crl8N054+330+33200×10750494第一中溫變換爐450水煤氣/15CMR+309L347L884550+54190×1740012變換氣第二中溫變換爐4.1320變換氣15 ArMoR+32178+348+3d4200×16400108低溫變換爐4.02703.20220變換氣16MnR+32160+340+33800×16730222變換爐的使用和檢驗(yàn)態(tài)見圖7-11變換爐于2005年6月投用,2011年4月全面檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在不銹鋼堆焊層表面存在大量的裂紋,在基層焊縫內(nèi)部也有多處超標(biāo)的埋藏缺陷,已裂紋基層復(fù)層對一部分表面裂紋進(jìn)行了打磨消除,并經(jīng)滲透檢測(PT)或磁粉檢測(MT)復(fù)探合格,但仍存在一些表面裂紋和埋藏缺陷未能消除,部分缺陷宏觀形圖7低溫變換爐出口加強(qiáng)管裂紋剖面2014年第37卷圖8低溫變換爐出口加強(qiáng)管復(fù)層圖10預(yù)變換爐A接管一封頭角焊縫裂紋事石9E乙圖9變換爐內(nèi)襯裂紋圖11低溫變換爐中部熱電偶角焊縫缺陷2012年對變換爐缺陷情況進(jìn)行了復(fù)檢,缺陷情況匯總見表5。表5變換爐缺陷及處理設(shè)備名稱存在問題問題處理預(yù)變換爐A檢測發(fā)現(xiàn)主體對接焊縫的內(nèi)表面和堆焊層共有80多條裂主體對接焊縫上的58條裂紋已打磨消除,2處進(jìn)行的紋;接管一上封頭角焊縫約30mm裂紋,幾乎穿透整個(gè)基層焊補(bǔ)焊,T檢測合格,人孔和卸料孔內(nèi)表面手工堆焊層縫;上封頭拼縫及下封頭一筒體對接環(huán)縫有埋藏缺陷裂紋未處理;角焊縫裂紋打磨消除后補(bǔ)焊,經(jīng)MT復(fù)探合格;埋藏缺陷進(jìn)行安全評估預(yù)變換爐UT發(fā)現(xiàn)主體對接焊縫上2處Ⅲ級的非裂紋性面狀缺陷;MT發(fā)主體對接焊縫外表面裂紋已打磨消除并經(jīng)M復(fù)探合現(xiàn)主體對接焊縫外表面有5處裂紋:PT發(fā)現(xiàn)下封頭拼縫內(nèi)表格;封頭拼縫內(nèi)表面裂紋已打磨消除2處,另外2處裂面有4處裂紋,卸料口堆焊層內(nèi)表面有2處裂紋,人孔堆焊層紋打磨未消除堆焊層裂紋未處理;埋藏缺陷返修合格內(nèi)表面整圈斷續(xù)網(wǎng)狀裂紋;下封頭一筒體對接環(huán)縫埋藏缺陷第一中溫變換爐下人孔所在筒節(jié)的堆焊層內(nèi)表面有2處裂紋,已打磨消除;上下人孔所在筒節(jié)的堆焊層內(nèi)表面2處裂紋已打磨消除人孔、下人孔手工堆焊層有多條裂紋,下人孔頸部堆焊層有多并復(fù)探合格;外表面裂紋打磨消除;埋藏缺陷返修合格條裂紋;筒體對接環(huán)縫和中部人孔及卸料孔角焊縫裂紋;下部筒體對接環(huán)縫埋藏缺陷第二中溫變換爐MT檢測發(fā)現(xiàn)環(huán)焊縫外表面裂紋打磨消除并經(jīng)MT復(fù)探合格低溫變換爐內(nèi)表面焊縫大量裂紋;中、下層熱電偶接管角焊縫貫穿性裂紋2012年8月設(shè)備更新失效原因分析31管線失效分析無論是垂直焊縫裂紋還是沿環(huán)焊縫方向裂紋,宏觀觀察失效形態(tài)相差巨大,但通過顯微鏡觀察裂紋形態(tài),以及分析管道主應(yīng)力方向,可以發(fā)現(xiàn)其失效原因是類似的。圖13沿環(huán)焊縫裂紋啟裂區(qū)掃描電鏡失效部位的材質(zhì)均為321不銹鋼材料,此種材料為穩(wěn)定化不銹鋼,經(jīng)對缺陷部位材料進(jìn)行強(qiáng)度及化學(xué)成分分析,材質(zhì)均為合格產(chǎn)品值得注意圖12垂直焊縫裂紋啟裂區(qū)掃描電鏡的是,該管線均為有縫鋼管,盡管環(huán)焊縫頻繁發(fā)生第1期李敏.水煤漿變換系統(tǒng)材料失效情況總結(jié)及應(yīng)對措施開裂但縱焊縫及母材從未發(fā)現(xiàn)開裂說明經(jīng)過固裂紋的中段,發(fā)現(xiàn)裂紋分叉特征明顯,擴(kuò)展階段屬溶處理321材料在該介質(zhì)條件下并無晶間腐蝕或于應(yīng)力腐蝕破裂機(jī)制。應(yīng)力腐蝕傾向。管線現(xiàn)場多層多道焊接過程中,前通過對2種裂紋腐蝕產(chǎn)物的能譜分析發(fā)現(xiàn),道焊的高溫區(qū)(不低于1100℃)使碳化鈦分解,后主要元素基本相同,即鐵、鉻、氧、硫,說明造成2種道焊時(shí)的450-800℃(長期)加熱區(qū)間就會發(fā)生不失效的腐蝕介質(zhì)大致相同,很可能是某種硫化物。銹鋼敏化,由于穩(wěn)定化不銹鋼在現(xiàn)場難以進(jìn)行固失效部位集中發(fā)生在介質(zhì)溫度較低(220~250℃)溶處理,有些焊接工藝會要求進(jìn)行穩(wěn)定化處理,但的預(yù)變換爐進(jìn)口及低溫變換爐出口管線,由于水由于實(shí)際控溫的困難,可能會加劇不銹鋼敏化的煤氣中水含量很高,此部位介質(zhì)處于濕態(tài)HS環(huán)程度,從而形成應(yīng)力腐蝕敏感區(qū)域。圖12和圖13境下,一方面在運(yùn)行過程中,由于前工序中在介質(zhì)分別為2種裂紋形態(tài)的掃描電鏡照片,均為明顯中含有微量氧氣,可能在此環(huán)境下形成連多硫酸,的脆性開裂。另一方面,停工檢修過程中也可能進(jìn)入空氣形成連多硫酸,從而形成應(yīng)力腐蝕介質(zhì)條件。從目前故障部位分析,垂直焊縫的裂紋占大多數(shù),僅有一個(gè)部位發(fā)生沿環(huán)焊縫開裂,且該部位為DN700mm三通同大小頭的焊縫處,安裝存在懸臂結(jié)構(gòu),失效焊縫處于設(shè)備載荷的應(yīng)力集中部位,即該焊縫主應(yīng)力方向?yàn)檩S向;管線在運(yùn)行過程中受介質(zhì)壓力、溫度、安裝殘余應(yīng)力及重力綜合影圖14垂直焊縫裂紋啟裂及發(fā)展響,焊縫處于受拉應(yīng)力狀態(tài)通常在排除高殘余應(yīng)力的情況下,管線的主應(yīng)力方向應(yīng)為環(huán)向應(yīng)力應(yīng)500μ力腐蝕裂紋為釋放應(yīng)力均沿垂直主應(yīng)力方向發(fā)展這就是絕大多數(shù)開裂為垂直焊縫的原因。的8綜合以上情況分析,認(rèn)為管線失效的原因在水煤氣中硫化物以及開停工過程中產(chǎn)生的連多硫酸的共同作用下,321不銹鋼管線焊縫組織發(fā)生圖15沿環(huán)焊縫裂紋啟裂及發(fā)展晶間腐蝕啟裂,進(jìn)入材料內(nèi)部后根據(jù)管件所承受圖14和15為2種裂紋形態(tài)微觀上的啟裂和的應(yīng)力狀態(tài),裂紋轉(zhuǎn)向與主應(yīng)力相適應(yīng)的擴(kuò)展方發(fā)展微觀上裂紋是完全由焊縫根部(熔合線或熱向。影響區(qū)部位)啟裂和發(fā)展的,進(jìn)入材料內(nèi)部后根據(jù)32靜設(shè)備失效分析管件所承受的應(yīng)力狀態(tài),裂紋轉(zhuǎn)向與主應(yīng)力相適變換爐運(yùn)行中產(chǎn)生的缺陷及其損傷機(jī)理見表應(yīng)的擴(kuò)展方向。啟裂階段均存在淺表沿晶腐蝕,在6表6變換爐運(yùn)行中產(chǎn)生的缺陷及其損傷機(jī)理缺陷形態(tài)發(fā)生的設(shè)備位檢測方法損傷機(jī)理裂紋預(yù)變換爐A、預(yù)變換爐、第一中溫變換爐、第二中溫變換爐基層焊縫外表面再熱裂紋埋藏缺陷預(yù)變換爐A、預(yù)變換爐第一中溫變換爐、低溫變換爐基層焊縫內(nèi)部UT和超聲波衍射時(shí)差再熱裂紋法(TOFD)裂紋預(yù)變換爐A、預(yù)變換爐、第一中溫變換爐、第二中溫變換爐、低堆焊層表面連多硫酸應(yīng)力腐蝕溫變換爐、第一中溫變換爐廢熱鍋爐、低溫變換爐廢熱鍋爐321基層焊縫表面裂紋圓鈍狀,見圖16和圖17,裂紋形貌與焊接過程中對預(yù)變換爐A接管一封頭角焊縫裂紋進(jìn)行了產(chǎn)生的熱裂紋相似。預(yù)變換爐A、預(yù)變換爐、第一金相檢測經(jīng)過現(xiàn)場磨制侵蝕、復(fù)型后在金相顯中溫變換爐第二中溫變換爐基層材質(zhì)均為15Cr微鏡100~200倍下觀察,焊縫部位裂紋均呈夸曲MoR鋼,通過計(jì)算碳當(dāng)量Cx=047%-0.7%>0.52%,狀、裂紋中間狹縫中存在灰色氧化物,裂紋尾端呈有很大的淬硬性,焊接時(shí)在焊縫和熱影響區(qū)極易去瓦14年第37卷出現(xiàn)硬脆的馬氏體組織,產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致缺陷,在預(yù)變換爐和第一中溫變換爐中較嚴(yán)重的焊接接頭熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。如果焊接線能量過缺陷已返修并復(fù)探合格,另外對其余埋藏缺陷進(jìn)大,熱影響區(qū)晶粒明顯粗化,在焊接殘余應(yīng)力的作行了安全評定。用下,焊縫熱影響區(qū)的粗晶區(qū)還易出現(xiàn)再熱裂紋,通過對預(yù)變換爐缺陷部位射線資料審查,在在焊后熱處理過程中也有產(chǎn)生再熱裂紋的可能。缺陷部位存在制造缺陷,在返修時(shí),第一中溫變換根據(jù)再熱裂紋的損傷機(jī)理和金相檢驗(yàn)結(jié)果,4臺變爐埋藏缺陷部位存在夾渣缺陷,結(jié)合再熱裂紋產(chǎn)換爐基層焊縫的表面裂紋,應(yīng)該是變換爐在高溫生的機(jī)理,在缺陷部位形成應(yīng)力集中,在變換爐高服役期間高應(yīng)力區(qū)因應(yīng)力松弛而發(fā)生開裂產(chǎn)生的溫服役期間,應(yīng)力集中部位因應(yīng)力松弛而形成埋裂紋。藏缺陷。323堆焊層裂紋對預(yù)變換爐內(nèi)表面焊縫的裂紋進(jìn)行了金相檢測,在未用王水溶液浸蝕前,先用復(fù)型膜將裂紋形貌復(fù)制下來后在金相顯微鏡100倍下觀察,裂紋呈彎曲狀(圖18),在裂紋間隙中存有灰色的夾渣物。用王水溶液浸蝕后,再用復(fù)型膜將裂紋形貌復(fù)圖16裂紋形貌(100倍制下來后在金相顯微鏡100倍下觀察,裂紋均發(fā)生在焊縫區(qū)域,裂紋尾部呈現(xiàn)出沿奧氏體晶界分布的網(wǎng)狀裂紋(圖19)在這些裂紋附近焊縫金相組織中還觀察到沿奧氏體晶界分布的相,并且裂紋沿a相擴(kuò)展,見圖20。焊縫未有裂紋完好部位的金相組織為奧氏體+島狀鐵素體,金相組織正圖17裂紋形貌(200倍)常,見圖21。3,22埋藏缺陷針對復(fù)合板材質(zhì)的設(shè)備,要準(zhǔn)確的檢測出埋藏缺陷,采取了超聲波衍射時(shí)差法(TOFD)TFD的優(yōu)點(diǎn)是它完全不同于傳統(tǒng)超聲波檢測技術(shù)根據(jù)反射信號及其幅度來檢測和評定缺陷,即不是以缺陷回波幅度作為定量評判依據(jù),而是靠脈沖傳播時(shí)間來定量,能夠不受聲束角度、檢測方向、缺圖18未浸蝕前裂紋形貌(100倍)陷表面粗糙度、工件表面狀態(tài)及探頭壓力等因素的影響,對于判定缺陷的真實(shí)性和準(zhǔn)確定量上十分有效,而且TOFD可以和脈沖反射法相結(jié)合來相互取長補(bǔ)短。這在數(shù)字化的多通道系統(tǒng)上是能夠?qū)崿F(xiàn)TOFD和脈沖回波同時(shí)進(jìn)行檢測和分析的例如在焊縫檢測上,TOFD對于焊縫中部缺陷檢出率很高,容易檢出方向性不好的缺陷,可以識圖19浸蝕后裂紋形貌(100倍別判斷缺陷是否向表面延伸,采用TOFD和脈沖回波相結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)10%焊縫覆蓋,沿焊縫作維掃查,具有較高的檢測速度,缺陷定量、定位精度高,并且根據(jù)TOFD的檢測結(jié)果有助于進(jìn)行相析出缺陷壽命評估(ECA)分析。經(jīng)超聲檢測和TOFD檢測,在預(yù)變換爐A、預(yù)變換爐、第一中溫變換爐的基層焊縫發(fā)現(xiàn)了埋藏圖20焊縫中a相沿晶界析出(200倍)第1期李敏,水煤漿變換系統(tǒng)材料失效情況總結(jié)及應(yīng)對措施下管徑的管線中采用了碳鋼及合金鋼替代,有的單位低溫變換爐也采用碳鋼材質(zhì)。在變換系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)從2010年開始掛設(shè)腐蝕掛片,從目前的腐蝕速率計(jì)算來看,20鋼的平均腐蝕速率在019mm/a,Cr5Mo鋼的平均腐蝕速率在0.47mm/a。但100gm在大口徑(DM700mm,有縫管)管線上采用,目前尚圖21正常部位金相組織(200倍)無先例。根據(jù)金相檢驗(yàn)的結(jié)果,4臺變換爐堆焊層以及42嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量廢熱鍋爐管板焊縫的裂紋為沿晶開裂,結(jié)合連多為保證現(xiàn)場焊接質(zhì)量,降低奧氏體不銹鋼晶硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的機(jī)理可以推斷出:由于焊接間腐蝕、應(yīng)力腐蝕的傾向,嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝,著的影響部分堆焊層金屬發(fā)生了敏化,設(shè)備停車時(shí)重控制以下幾點(diǎn):由于水分和氧氣進(jìn)入變換爐內(nèi)部,與FeS產(chǎn)生了1)小電流小擺動多層多道焊,嚴(yán)禁采用4mm連多硫酸,在焊接殘余應(yīng)力的作用下,堆焊層發(fā)生焊條大電流大擺動方式焊接。了開裂。自2011年后開始采用堿中和等保護(hù)措施2)嚴(yán)格控制層間溫度在100℃以內(nèi),采取淋后,停車后沒有連多硫酸生成,因此,202年大修水等方式激冷焊縫以獲得較好的組織。后未見新生缺陷,也未見裂紋擴(kuò)展。3)無論是穩(wěn)定化不銹鋼321還是超低碳不銹鋼316L焊接均取消焊后熱處理,避免不良熱處理應(yīng)對策略及措施造成材料敏化。從以上失效原因分析,變換系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)主4)確保焊縫背面成型良好,盡量減少焊縫的要問題是321材料的應(yīng)力腐蝕開裂,針對這一重錯(cuò)邊量和焊接時(shí)引起的角變形等,以減少應(yīng)力集大安全生產(chǎn)隱患,先后同多家科研院所檢測單位中和避免有害離子富集。開展了一系列研究合作,并采取了多種應(yīng)對措施,43設(shè)備交出進(jìn)行堿中和清洗以保證裝置安穩(wěn)長運(yùn)行。在裝置投運(yùn)初期,對停工期間連多硫酸的生41材質(zhì)變更成及危害沒有提起高度重視,設(shè)備交出后不進(jìn)行材質(zhì)變更方面有2條思路:一是材質(zhì)升級,采堿中和清洗,造成部分設(shè)備焊縫應(yīng)力腐蝕開裂,用超低碳不銹鋼甚至是雙相鋼,改善材料尤其是2011年以來通過高度重視設(shè)備交出后的中和清理焊縫組織的抗應(yīng)力腐蝕及晶間腐蝕的性能,從而流程,不僅是變換爐,所有變換區(qū)域設(shè)備包括廢熱避免失效;另一思路是采用碳鋼或者鉻鉬合金鋼,鍋爐、換熱器打開后盡量第一時(shí)間進(jìn)行,取得了非根據(jù)均勻腐蝕速率給與管線或設(shè)備較大的腐蝕余常好的效果,2011年檢測中發(fā)現(xiàn)變換爐內(nèi)襯大量量,從而保證長周期使用。裂紋,經(jīng)消除后堅(jiān)持檢修期間中和清洗,2012年檢1)材質(zhì)升級方面,從2010年開始逐步對故障測中未發(fā)現(xiàn)裂紋發(fā)展。由于很多設(shè)備在交出的初多發(fā)部位的管線進(jìn)行了材質(zhì)升級,將321不銹鋼期無法進(jìn)人進(jìn)行中和清洗或者存在清洗死角,目升級為超低碳奧氏體不銹鋼316L,改善材料焊接前在研究如何進(jìn)一步優(yōu)化清洗方式保證清洗質(zhì)后晶間腐蝕傾向。并將原接管角焊縫型式全部改量。為集氣管件,所有焊縫均為對接焊縫,既有利于減44缺陷設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析及安全評定少角焊縫處的應(yīng)力集中也利于焊后進(jìn)行射線探傷由于預(yù)變換爐A、預(yù)變換爐、第一中溫變換保證焊接質(zhì)量。從目前升級4a的使用情況看焊爐、第二中溫變換爐存在超標(biāo)缺陷,為了解其風(fēng)險(xiǎn)縫失效現(xiàn)象大幅下降,管線使用壽命延長。水平及其變換趨勢,確定含缺陷變換爐的安全性2012年8月大修期間將內(nèi)襯焊縫嚴(yán)重裂紋的金陵石化委托江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究低溫變換爐進(jìn)行了更新,此次更新的新反應(yīng)器采院開展風(fēng)險(xiǎn)分析,并在全面檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上對超標(biāo)用了316L內(nèi)襯,使用效果有待觀察。缺陷進(jìn)行安全評定,為變換爐的安全運(yùn)行提供技2)使用碳鋼或合金鋼材質(zhì)替代方面,同一些術(shù)支撐。目前該項(xiàng)目已經(jīng)完成,定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果兄弟單位進(jìn)行了交流部分單位已在DN600mm以表明:4臺變換爐失效可能性為4級,失效后果為2014年第37卷C級,風(fēng)險(xiǎn)水平為中高風(fēng)險(xiǎn);按針對性的檢驗(yàn)策略以下問題:①部分管線彈簧支架失效或在管線改實(shí)施檢驗(yàn)后,4臺變換爐失效可能性降為2級,風(fēng)造后設(shè)置不合理;②缺陷部位存在旋臂結(jié)構(gòu),在焊險(xiǎn)水平降為中風(fēng)險(xiǎn);4臺變換爐起作用的損傷機(jī)理縫部位形成應(yīng)力集中。主要為應(yīng)力腐蝕(連多硫酸應(yīng)力腐蝕);同時(shí)得到針對這一情況,意識到過去對現(xiàn)場的彈簧支變換爐潛在損傷機(jī)理和失效模式,制定有效的降架缺乏重視,檢修后有的沒有及時(shí)恢復(fù)或失效也低風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)策略。未及時(shí)發(fā)現(xiàn)整改,立即對彈簧支架進(jìn)行了檢查整4.變換爐在線裂紋缺陷監(jiān)測改;并對應(yīng)力集中部位管線布置重新計(jì)算整改,徹反應(yīng)器在線高溫監(jiān)測技術(shù)是采用聲發(fā)射技術(shù)底解決了環(huán)向開裂問題。在運(yùn)行狀態(tài)下監(jiān)測設(shè)備是否存在危及設(shè)備安全的2013年1月在已更換為316L材質(zhì)的管線上缺陷,不但可以監(jiān)測設(shè)備是否存在缺陷或已產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)3處垂直焊縫裂紋,經(jīng)過深入分析,這3處裂的缺陷擴(kuò)展情況,而且還可以監(jiān)測缺陷尺寸是否紋均位于工藝介質(zhì)的死區(qū),長期介質(zhì)不流動容易在安全容限范圍,缺陷的擴(kuò)展速率,設(shè)備的壽命預(yù)發(fā)生積液形成腐蝕環(huán)境,計(jì)劃在停工期間對該管測等,對有可能產(chǎn)生的基材缺陷進(jìn)行早期或臨近線進(jìn)行改造消除死區(qū),并增加保溫伴熱提高管壁破壞預(yù)報(bào),隨時(shí)提醒管理部門采取果斷措施停車溫度,降低管線溫差應(yīng)力,同時(shí)減少積液檢修。目前國內(nèi)聲發(fā)射技術(shù)處于技術(shù)實(shí)驗(yàn)階段,少數(shù)單位可以開展在線高溫監(jiān)測。由于預(yù)變換爐、低5總結(jié)溫變換爐內(nèi)襯焊縫存在非常多的嚴(yán)重缺陷,為保從不銹鋼材料在金陵石化煤化工裝置變換系證設(shè)備安全運(yùn)行,金陵石化與南京市鍋爐壓力容統(tǒng)使用的8a情況來看,失效部位均發(fā)生在焊縫部器檢驗(yàn)研究院共同開展了釆用聲發(fā)射檢測技術(shù)對位,尤其是在現(xiàn)場焊接的焊縫(不銹鋼有縫管的縱反應(yīng)器進(jìn)行高溫在線監(jiān)測技術(shù)研究,對低溫變換焊縫由于出廠狀態(tài)為固溶態(tài),從未發(fā)生開裂),綜爐設(shè)備采取了長達(dá)8個(gè)月的跟蹤監(jiān)測,預(yù)變換爐合各方面分析變換系統(tǒng)水煤氣介質(zhì)不銹鋼材質(zhì)的切換操作時(shí)缺陷發(fā)展情況開展監(jiān)測,獲得了大量管線及設(shè)備失效原因,主要是由于奧氏體不銹鋼的技術(shù)數(shù)據(jù),也為設(shè)備安全運(yùn)行提供了有效監(jiān)控焊縫組織在水煤氣或者設(shè)備交出時(shí)產(chǎn)生的連多硫保證。酸等介質(zhì)作用下發(fā)生晶間腐蝕啟裂,進(jìn)入材料內(nèi)4.6優(yōu)化工藝流程及管道布置部后根據(jù)所承受的應(yīng)力狀態(tài),裂紋轉(zhuǎn)向與主應(yīng)力2009年預(yù)變換爐進(jìn)口管線偏心異徑管相適應(yīng)的擴(kuò)展方向發(fā)展。(DM700mm×600mm)與等徑三通(DN700mm)焊通過合理的材質(zhì)變更,加強(qiáng)焊接質(zhì)量控制,優(yōu)縫連接部位3次發(fā)生出現(xiàn)貫穿的環(huán)向裂紋,對該化工藝流程及管道布置,加強(qiáng)設(shè)備交出過程中的管線系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力分析,并在此基礎(chǔ)上對焊縫部堿中和清洗,并采取TOFD、聲發(fā)射在線監(jiān)控的檢位的應(yīng)力水平進(jìn)行進(jìn)一步深人分析,以便了解偏測手段進(jìn)行輔助,同時(shí)借助風(fēng)險(xiǎn)分析及安全評定心異徑管與等徑三通焊縫處受力情況,深入了解煤化工裝置變換系統(tǒng)設(shè)備的安全長周期運(yùn)行是完裂紋產(chǎn)生的原因。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)該管系布置存在全能夠保證的。MATERIAL FAILURES IN COAL WATER SLURRY SHIFT SYSTEMAND COUNTERMEASURESLi Min( SINOPEC Jinling Branch, Nanjing 210033)Abstract: Material failures frequently happened on stainless steel pipe and equipment in coal waterslurry shift system. The total failure analysis was conducted, and other measures, such as material updatingrisk analysis and safety assessment, and online detection by acoustic emission to ensure the plant in stableand long term operationKey words: coal water slurry; shift system; Austenitic stainless steel; stress corrosion