專(zhuān)論石油化工腐蝕與防護(hù)o mosion Protection in Petrochemical Industry2006,23(1)24乙二醇蒸發(fā)塔的瞐間腐蝕李慶梅趙恒慶孫國(guó)豪楊欣勃(中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司,新疆獨(dú)山子833600)摘要:近年來(lái),國(guó)內(nèi)多個(gè)乙二醇裝置的蒸發(fā)塔發(fā)現(xiàn)大量裂紋。結(jié)合2004年中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司檢修期間發(fā)現(xiàn)的這類(lèi)裂紋,就其成因和預(yù)防措施進(jìn)行分析討論。指出1Cr18Ni9設(shè)備在制造過(guò)程中,由于旋壓塑性變形過(guò)大致使在奧氏體組織中產(chǎn)生了一定的馬氏體組織,使得熱力學(xué)性能不穩(wěn)定。建議在900℃左右行接熱處理,以穩(wěn)定奧氏體組織。關(guān)鍵詞:奧氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼晶間腐燭熱處理中圖分類(lèi)號(hào):TE985.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1007-015X(2006)01-0024-031設(shè)備概況及裂紋形態(tài)作用存在環(huán)境中的晶間腐蝕的結(jié)果(一般定義下的中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分應(yīng)力腐蝕裂紋多為穿晶裂紋,且表現(xiàn)有穿透趨勢(shì))。公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)獨(dú)山子分公司)有三臺(tái)乙二醇蒸發(fā)塔采用1Cr18Ni9材質(zhì),一臺(tái)采用00Cr19Ni11。設(shè)備服役溫度一般在90~185℃,壓力-0.01~0.91MPa,工藝介質(zhì)為乙二醇水溶液。2004年檢修發(fā)現(xiàn)1Cr18Ni9材質(zhì)的蒸發(fā)塔存在有兩種情況的裂紋:一種位于上下封頭環(huán)焊縫熱影響區(qū),另一種位于筒體段焊縫融合線外側(cè)熱影響區(qū)(個(gè)別部位)。裂紋呈基本與環(huán)焊縫垂直方向平行排列,均為表面裂紋,深度一般不超過(guò)1mm。(見(jiàn)圖1,圖2)?，F(xiàn)場(chǎng)敷膜金相試驗(yàn)表明裂紋均為沿晶圖2筒體裂紋部位與形態(tài)裂紋,見(jiàn)圖3。圖1封頭裂紋部位與形態(tài)圖3裂紋周邊顯微組織2.2裂紋成因分析2裂紋成因分析從均勻腐蝕的角度看,乙二醇(水溶液)對(duì)奧氏2.1裂紋性質(zhì)體不銹鋼的腐蝕性并不強(qiáng)(腐蝕檢測(cè)的腐蝕速率均裂紋外觀表現(xiàn)的顯著定向性證明了其典型的應(yīng)力腐蝕裂紋性質(zhì),裂紋位于環(huán)焊縫附近說(shuō)明其應(yīng)收稿日期:2004-10-25;修稿日期:2005-09-10力源應(yīng)當(dāng)確認(rèn)為焊接殘余應(yīng)力。眾所周知,環(huán)焊縫作者簡(jiǎn)介:李慶梅(1967-),女,就職于中國(guó)石油天然氣股附近的焊接殘余應(yīng)力一般表現(xiàn)為環(huán)向應(yīng)力,其軸向份有限公司獨(dú)山子石化分公司研究院防腐蝕研究中心,工殘余應(yīng)力可以忽略不計(jì),正是這種應(yīng)力狀態(tài)導(dǎo)致裂程師,主要從事煉油、化工工藝防腐蝕工作。現(xiàn)已在國(guó)家級(jí)紋走向垂直于環(huán)焊縫。更確切地說(shuō),裂紋是有應(yīng)力專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文12篇次。第1期李慶梅等乙二醇蒸發(fā)塔的晶間腐蝕25在0.00mm/a),沒(méi)有證據(jù)表明正常組織的奧氏體不從現(xiàn)場(chǎng)敷膜金相照片中可以看出,裂紋附近存銹鋼在其中有較強(qiáng)的應(yīng)力腐蝕或晶間腐蝕敏感性;在著馬氏體組織,馬氏體組織晶間腐蝕的敏感性遠(yuǎn)其次,處于相同環(huán)境中筒體段焊縫的裂紋數(shù)量與密高于奧氏體。實(shí)驗(yàn)表明,隨著馬氏體含量的增加,集程度都遠(yuǎn)低于封頭部位。因此,分析這類(lèi)裂紋形奧氏體不銹鋼在乙二醇(水溶液)中的穩(wěn)定電位負(fù)成的原因簡(jiǎn)單地從腐蝕介質(zhì)或焊接熱影響區(qū)的作移(見(jiàn)表1),使得材料/介質(zhì)體系的熱力學(xué)不穩(wěn)定性用考慮是不夠的簡(jiǎn)體段與封頭在制造工藝上的差增加,腐蝕變得易于發(fā)生?？梢酝浦?其化學(xué)動(dòng)力異應(yīng)當(dāng)是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。學(xué)參數(shù)也會(huì)必然隨之產(chǎn)生變化,即腐蝕反應(yīng)的速度國(guó)內(nèi)目前的封頭制造多采用旋壓或沖壓等冷加因組織中馬氏體含量的增加而增大。工方式成型。無(wú)論采用何種工藝,都必須依靠材料表1奧氏體不銹鋼在乙二醇(水溶液)產(chǎn)生一定的塑性變形實(shí)現(xiàn),而存在裂紋的部位正處中的穩(wěn)定電位(mVvs.SCE)于封頭的折邊(或附近)部位,其變形量遠(yuǎn)大于筒體316L 1CrI8NI9T 1Cr18Ni9卷制過(guò)程中產(chǎn)生的變形。對(duì)于1Cr18Ni9之類(lèi)的非含大量不含馬氏體馬氏體馬氏體馬氏體穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼較大的塑性變形會(huì)導(dǎo)致奧氏馬氏體馬氏體含量高含量低含量高含量低體組織中產(chǎn)生一定量的馬氏體組織這已為試驗(yàn)所1123181705644證實(shí)(見(jiàn)圖4~6)。至于筒體焊縫附近的裂紋,按照傳統(tǒng)理論,其產(chǎn)生原因應(yīng)歸咎于焊接過(guò)程中的熱影響。適宜的溫度與停留時(shí)間會(huì)導(dǎo)致奧氏體組織中產(chǎn)生金屬間相和晶界貧鉻,這些都會(huì)增加材料的晶間腐蝕敏感性。但是,不能排除卷制或?qū)舆^(guò)程較大冷變形的影響作用。應(yīng)力雖不是形成裂紋的主要因素,但其存在促進(jìn)了晶間腐蝕以定向選擇性腐蝕的方式發(fā)生。3防護(hù)措施討論圖4正常奧氏體組織3.1選材穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼在加工過(guò)程中不會(huì)發(fā)生馬氏體相變,但由于其成本太高,應(yīng)當(dāng)不予考慮。低含碳量的奧氏體不銹鋼在冷加工過(guò)程中形成的馬氏體組織必然少,由焊接熱影響引起的晶界貧鉻也會(huì)隨之降低。選用00級(jí)的超低碳奧氏體不銹鋼可以降低晶間腐蝕發(fā)生的可能性。獨(dú)山子分公司采用00Cr19Ni11材質(zhì)制做的T-534,其焊縫熱影響區(qū)以及包括嚴(yán)重受熱部位在內(nèi),均未發(fā)現(xiàn)裂紋。除了介質(zhì)因素可能稍有差別外,其低碳含量應(yīng)圖5拉應(yīng)力致塑性變形所產(chǎn)生的組織當(dāng)是最關(guān)鍵的原因。至于添加某些穩(wěn)定化元素的材料,應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證實(shí)后方可采用。含鉬奧氏體不銹鋼的抗晶間腐蝕能力明顯優(yōu)于不含鉬者,316L是一種可以考慮的選擇,而添加鈦在乙二醇(水)介質(zhì)則并不適用。3.2新投用設(shè)備的熱處瑪由于奧氏體不銹鋼具有良好的韌性,國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)管理規(guī)范,對(duì)于常規(guī)用途的設(shè)備的制造一般都不作加工后熱處理的特殊要求,往往還借圖6壓應(yīng)力致塑性變形所產(chǎn)生的組織助于冷加工來(lái)提高材料的強(qiáng)度水平。但對(duì)于像乙二醇水溶液這樣的環(huán)境,含有馬氏體組織的奧氏體26·石油化工腐蝕與防護(hù)第23卷不銹鋼在其中有較高的晶間腐蝕敏感性,建議在整縫周?chē)淮嬖诹鸭y),這種修復(fù)應(yīng)當(dāng)是最安全和最體焊接完成后進(jìn)行一次固熔處理以消除冷加工形經(jīng)濟(jì)的修復(fù)對(duì)策。成的馬氏體組織和焊接過(guò)程的熱影響。3.3在役設(shè)備的熱處理4結(jié)論如上所述,固熔處理可以消除奧氏體不銹鋼中(1)乙二醇蒸發(fā)塔裂紋產(chǎn)生裂紋的根本原因的馬氏體組織,對(duì)于材料為1Cr18Ni9的新設(shè)備采在于冷加工過(guò)程中馬氏體組織形成。用900℃左右的現(xiàn)場(chǎng)局部熱處理就可保證其馬氏(2)超低碳和含鉬奧氏體不銹鋼有較強(qiáng)的抗體和其他組織基本完成向奧氏體的轉(zhuǎn)化,同時(shí)焊接晶間腐蝕能力。和冷加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力亦得以消除。如(3)新建設(shè)備應(yīng)進(jìn)行固溶處理,在役設(shè)備亦可熱處理溫度受條件限制,亦可考慮作簡(jiǎn)單消應(yīng)熱處以貼覆作補(bǔ)救措施。理(消除形成裂紋的次要因素一應(yīng)力的作用)。對(duì)于在役設(shè)備裂紋的修復(fù),更合理的應(yīng)當(dāng)是在參考文獻(xiàn)設(shè)備內(nèi)部封頭環(huán)焊縫附近冷變形較大部位,貼覆一層超低碳奧氏體不銹鋼板由于焊接殘余應(yīng)力和1肖紀(jì)美著不銹鋼的金屬學(xué)問(wèn)題[M]北京:冶金工業(yè)出版社熱影響不構(gòu)成產(chǎn)生裂紋的原因(如上述,筒體縱焊1985.228 Intergranular Corrosion of Glycol Evaporator Li Qingmei, Zhao Henqing, Sun Guohao, Yang Xinbo Dushanzi Petrochemical Company/cnpc( Dushanzi, Xinjiang833600) Abstract: In the past several years, a number of evaporators in glycol plants in China have experienced a lot of cracks. The scheduled turn- around in Dushanzi Petrochemical Company/CNPC have found the havior. The analysis of the root causes and discussion of pre- vention measures conclude that, the culprit of cracking is the instable thermodynamics resulted from martensite in austenite in the sleel as the result of plastie deformation. The post weld heat treatment is recommended to stabilize the austenite. Keywords: austenitic stainless steel, martensitic stainless steel, intergranular corrosion, heat treatment國(guó)外動(dòng)態(tài)美國(guó)國(guó)際腐蝕工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)被譯成中文2005年9月,美國(guó)國(guó)際腐蝕工程師協(xié)會(huì)4TM0284-2003管道和壓力容器鋼材的抗氫(NACE International)China Section年會(huì)在北京舉致開(kāi)裂評(píng)估”(Evaluation of Pipeline and Pressure行。NACE總裁 Neil Thompson和執(zhí)行董事 Tony Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced- KeaneCracking出席了該會(huì)議。會(huì)議期間正式公布了五個(gè));NACE標(biāo)準(zhǔn)的中文版本。這些標(biāo)準(zhǔn)是:5TM0103-2003評(píng)估在濕硫化氫環(huán)境中使用1RP0169-2002”地下或水下金屬管道系統(tǒng)的的厚鋼板抗應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試程序”外部腐蝕控制”( Control of Extemnal Corrosion on Un-( Laboratory Test Procedures for Evaluation of SOHIC derground or Submerged Metallic Piping Systems); Resistance of Plate Steels Used in Wet H, S Service).2RP0285-2002”利用陰極保護(hù)對(duì)地下儲(chǔ)油罐有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中文版的更多信息或購(gòu)買(mǎi)方式,可訪系統(tǒng)的腐蝕控制 " Corrosion Control of Underground http: //www. nace. org.問(wèn)httwww.nace.org聯(lián)系 storage Tank Systems by Cathodic Protection);腐蝕是材料(通常是金屬)受環(huán)境影響繼而變壞的3RP0502-2002”管道外部腐蝕的直接評(píng)估方現(xiàn)象。美國(guó)每年在腐蝕上的花費(fèi)超過(guò)2.76億美元,其法”( Pipeline External Corrosion Direct Assessment中0%可以通過(guò)使用最佳的腐蝕管理方法避免。 Methodology)(燕林供稿)