第8期付濤等:德士古氣化爐導(dǎo) 壓管失效分析●121●德士古氣化爐導(dǎo)壓管失效分析付濤',張琦?(1.陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司,陜西渭南714000;2.渭南市特種設(shè)備檢驗(yàn)所,陜西渭南714000)摘要:對(duì)導(dǎo)壓管完好樣和失效樣進(jìn)行對(duì)比,通過宏觀形貌觀察、化學(xué)成分分析、破口及裂紋根部宏觀形貌及顯微組織形貌觀察,結(jié)合實(shí)際工況,分析材料失效主要是由應(yīng)力腐蝕引起的,并提出了相應(yīng)的解決方法。關(guān)鍵詞:導(dǎo)壓管;腐蝕;失效分析中圖分類號(hào):TQ545文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C文章編號(hào):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(shè)備及 失效情況介紹態(tài),介質(zhì)為高壓氦氣,與氣化爐爐內(nèi)保持微正壓狀態(tài),爐內(nèi)溫陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)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(dǎo)壓管在氣引進(jìn)的大型水煤漿加壓氣化裝置,建于20世紀(jì)90年代,其化爐正常運(yùn)行時(shí)突然發(fā)生氮?dú)夤芫€爆裂(如圖1所示),導(dǎo)致中- -期合成氨目前已運(yùn)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?dú)夤芫€，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(xiàn)象。置了3臺(tái)氣化爐實(shí)行2開1備,年產(chǎn)合成氨300kt。通過與完好試樣對(duì)比,對(duì)失效部位的材料進(jìn)行了宏觀形貌觀察、化學(xué)成分分析、顯微組織觀察、硬度測試、表面和斷口的宏觀微觀形貌觀察,結(jié)合設(shè)備的實(shí)際工況,最終明確了了該部件的失效原因和機(jī)理,并提出相應(yīng)對(duì)策以避免類似情況的發(fā)生。2失效分析2.1宏 觀形貌檢驗(yàn)將完好樣與失效樣進(jìn)行宏觀形貌對(duì)比(如圖2所示),可以看到失效樣整體上(徑向和周向)未出現(xiàn)明顯的塑性變形,且未出現(xiàn)明顯的脹粗痕跡。失效樣的中部存在- -個(gè)破口,破口張開程度較小，且破口張開的根部存在不規(guī)則分支裂紋,該裂紋呈分枝狀分布。破口周圍管材出現(xiàn)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。說明破口的產(chǎn)生與導(dǎo)壓管該段出現(xiàn)的腐蝕有很大關(guān)系。圖1導(dǎo)壓管爆裂形貌氣化爐設(shè)置導(dǎo)壓管,氣化爐導(dǎo)壓管正常運(yùn)行為常溫狀收稿日期:2014-06 -10作者簡介: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(shè)備和靜設(shè)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)宏觀形貌對(duì)比破口的宏觀形貌如圖3所示,破口呈現(xiàn)脆性斷口特征、破口近內(nèi)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(xì)小擴(kuò)展裂斷口表面覆蓋一層黃褐色物質(zhì)。紋,其形態(tài)為樹枝狀分布,見圖4(b)。將失效樣沿破口水平中心位置剖開,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(xiàn)破口所在的部位顏色較深，為黃褐色;而破口周圍的顏色灰黑色。管子兩端外表面的顏色較淺,為灰白色,為防腐原始表面。比較剖開兩部分的內(nèi)表面,其中不含破口的一部分經(jīng)除銹、清洗處理,其內(nèi)表面有明顯的腐蝕坑，且分布不均勻,導(dǎo)圖3破口宏觀形貌壓管上破口正對(duì)的管壁部位分布的腐蝕坑較大且數(shù)量較多見圖4(a);含破口處的管子內(nèi)壁也有大量的腐蝕坑，破口附圖4破口正對(duì)處內(nèi)壁腐蝕形貌(a)及根部樹枝狀裂紋(b)2.2化學(xué)成分分析進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見表1。依據(jù)GB/ T20878 - 2007《不氣化爐導(dǎo)壓管材質(zhì)為TP304,管徑60mm,壁厚4.0mm。銹鋼和耐熱鋼牌號(hào)及化學(xué)成分》中的規(guī)定對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行比根據(jù)GB 223.1《化學(xué)分析方法》對(duì)完好樣和失效樣兩根管材較,可以看到成分符合標(biāo)準(zhǔn)要。表1完好樣和失效樣化學(xué)成分分析%編號(hào)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(dāng)0.03 ;≤0.045≤1.00≤2.0017-195C -0.72.3顯微組 織觀察可以看到,完好樣的基體上有大量的TiN相析出相,其依據(jù)CB/T 13298 - 1991<金屬顯微組織檢驗(yàn)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(guī)定,對(duì)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)行顯微組織觀察,試樣進(jìn)過相組織為:奧氏體+鐵素體+碳化物，晶粒度為:G5.5,試樣機(jī)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(nèi)表面向外表面擴(kuò)展,該裂紋以穿晶方示。式開裂并擴(kuò)展。從裂紋根部擴(kuò)展顯微組織形貌來看試樣內(nèi)第8期付濤等:德士古氣化爐導(dǎo)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其內(nèi)存在腐蝕洞中存 在腐蝕產(chǎn)物;也存在相互平行斷續(xù)狀裂紋,裂紋中充產(chǎn)物,裂紋開裂方式為穿晶開裂,且晶界存在黑色的顆粒狀滿腐蝕產(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,且斷口處沒有明顯的減薄。對(duì)于裂紋根部取的依據(jù)GB/T 4340.1 - 2009<金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1樣品,斷口試樣表面形分為兩部分,-部分是原始開裂區(qū)域，部分:試驗(yàn)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， 部分新打開區(qū)域,表面有明顯用不銹鋼無縫鋼管>中規(guī)定的力學(xué)性能，見表2,材料硬度均的韌窩。滿足材料標(biāo)準(zhǔn)要求。采用二次電子成像(SEM)對(duì)斷口試樣進(jìn)行觀察，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(hào)硬度(HV10)面較為平整,晶界清晰,在斷口上可以觀察到明顯的解理臺(tái)階,解理擴(kuò)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(tái)階,晶界清晰,表面覆蓋-層腐蝕產(chǎn)物。GIs 200(c)為破口正對(duì)處內(nèi)壁形貌,試樣的腐蝕坑里形貌較為平整，5斷口形貌觀察晶界清晰，在晶間上有明顯的敏化物質(zhì)。通過能譜檢測對(duì)斷口宏觀形貌進(jìn)行觀察可以看到,斷口試樣未出現(xiàn)塑(EDS) ,發(fā)現(xiàn)破口、裂紋根部及內(nèi)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(duì)應(yīng)內(nèi)壁圖6 顯微組織形貌3綜合分析蝕產(chǎn)物;在管線的破口介質(zhì)進(jìn)口側(cè)材料存在明顯的敏化特3.1 結(jié)果征。(1)從材料的化學(xué)成分和硬度滿足對(duì)應(yīng)國標(biāo)要求。(3)根據(jù)工藝條件,該管線為微正壓,與氣化爐內(nèi)相連，(2)失效樣的金相組織為奧氏體+鐵素體+碳化物,材在運(yùn)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。從而在水平管內(nèi)形成腐蝕環(huán)境(硫化氫、氧、灰分鈦,組織正常。等),導(dǎo)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,與管線來的溫度較低的裂,解理特征。氮?dú)饨佑|,將進(jìn)入該管線的合成氣溫度降低,形成干濕交替(4)含破口管子的內(nèi)表面存在裂紋,裂紋擴(kuò)展方向由內(nèi)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(jié)論與建議裂紋間隙中存在腐蝕產(chǎn)物。應(yīng)力腐蝕是導(dǎo)致管爆裂的主要原因。氣化爐介質(zhì)進(jìn)人(5) 在管的內(nèi)壁存在腐蝕坑,腐蝕產(chǎn)物的主要有害元素管線,形成腐蝕環(huán)境,導(dǎo)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(diào)整,避免氣化爐介質(zhì)進(jìn)人管線;(2)3.2分析增加管線氣體流量;(3)在彎頭部位設(shè)置跨線,增加流量;(1)通過檢測結(jié)果、氣化爐的工藝條件以及管線的功能，(4)對(duì)該管線和連接氣化爐管線進(jìn)行全面檢驗(yàn),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。然而該管線處于常溫狀態(tài),氮?dú)饨橘|(zhì)。在正常的工藝條件下,管線無腐蝕環(huán)境,不存在腐蝕。(本文文獻(xiàn)格式:付濤,張琦. 德士古氣化爐導(dǎo)壓管失效(2)失效的典型特征為內(nèi)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,解理開裂;在裂紋尖端縫隙中存在腐(上接第120頁)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(yīng)朝4建議意見著提高生產(chǎn)規(guī)模，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域,積極應(yīng)用新技術(shù),加快新型結(jié)合市場需求和國外先進(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(nèi)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(nèi)其他單位大力投人研發(fā)的努力下,我國- -定能在短時(shí)(1)提高單線生產(chǎn)規(guī)模,加大投入解決工藝上瓶頸問題，間內(nèi)打破西方技術(shù)壟斷,開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的乙丙橡重點(diǎn)解決反應(yīng)器及攪拌和傳熱工程設(shè)計(jì)問題。力爭提高到膠新技術(shù)和更多滿足市場需要的新產(chǎn)品牌號(hào)。單線3萬t規(guī)模。參考文獻(xiàn)(2)組成聯(lián)合體,解決催化劑國產(chǎn)化問題,并嘗試新型茂[1]中商情報(bào)網(wǎng).2013年我國三元乙丙橡膠市場發(fā)展?fàn)顩r金屬催化劑的試制和應(yīng)用。[EB/OL]. [2013 -08 - 20]. htp://www. askci. com/(3)加大新產(chǎn)品牌號(hào)的開發(fā),尤其是高附加值牌號(hào)產(chǎn)品news/20130820/154636186329593. shtml.以滿足國內(nèi)市場需要,提高裝置經(jīng)濟(jì)效益。采用新品種第三單體是重點(diǎn)方向。(本文文獻(xiàn)格式:袁閱春,姜波. 三元乙丙橡膠生產(chǎn)技術(shù)探5結(jié)束語討[J].山東化工,2014 ,43(8):119 - 120,124. )以乙丙橡膠的發(fā)展趨勢來看,為保持我國乙丙橡膠健