乙二醇蒸发塔的晶间腐蚀

专论Corrosion Protection in Petrochemical Industry2006乙二醇蒸发塔的晶间腐蚀李庆梅赵恒庆孙阌豪粞欣勃(中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司,新疆独山子83300摘要:近年来,国内多个乙二醇装置的蒸发塔发现大量裂紋。结合204年中国石油天然气股份有服公司独山子石化分公司检修期间发现的这类裂纹,就其成因和预防措施进行分析讨论。指出lrl8N设备在制造过程中,由于旋压塑性变形过大致使在奥氏体組织中产生了一定量的马氏体组织,使得热力学性能不穗定。建议在∞00℃左右进行焊接热处理,以穗定奥氏体组织。关键词:奥氏体不锈钢马氏体不锈钢晶间腐蚀热处理中图分类号:TE985文献标识码:B文章编号:1007-015X(2006)01-0024-031设备概况及裂纹形态作用存在环境中的晶间腐蚀的结果(一般定义下的中国石油天然气股份有限公司独山子石化分应力腐蚀裂纹多为穿晶裂纹,且表现有穿透趋势)。公司(以下简称独山子分公司)有三台乙二醇蒸发塔采用1Cr18N9材质,一台采用00Crl9Nil1设备服役温度一般在90~185℃,压力-0.01~091MPa,工艺介质为乙二醇水溶液。2004年检修发现lCr18N9材质的蒸发塔存在有两种情况的裂纹:一种位于上下封头环焊缝热影响区,另一种位于筒体段焊缝融合线外侧热影响区个别部位)。裂纹呈基本与环焊缝垂直方向平行排列,均为表面裂纹,深度一般不超过1mm。(见图1,图2)。现场敷膜金相试验表明裂纹均为沿晶图2筒体裂纹部位与形态裂纹,见图3。图1封头裂纹部位与形态图3裂纹周边显微组织2.2裂纹成因分析2裂纹成因分析从均匀腐蚀的角度看,乙二醇(水溶液)对奥氏2.1裂纹性质体不锈钢的腐蚀性并不强(腐蚀检测的腐蚀速率均裂纹外观表现的显著定向性证明了其典型的应力腐蚀裂纹性质,裂纹位于环焊缝附近说明其应收稿frV凵中国煤化工力源应当确认为焊接残余应力。众所周知,环焊缝作者CNMHG中国石油天然气股附近的焊接残余应力一般表现为环向应力其轴向份有限公司独山子石化分公司研究院防腐蚀研究中心,工残余应力可以忽略不计,正是这种应力状态导致裂程师,主要从事炼油、化工工艺防腐蚀工作。现已在国家级纹走向垂直于环焊缝。更确切地说,裂纹是有应力专业学术刊物发表论文12篇次第1期李庆梅等,乙二醇蒸发塔的晶间腐蚀在0.00mm/a),没有证据表明正常组织的奥氏体不从现场敷膜金相照片中可以看出,裂纹附近存锈钢在其中有较强的应力腐蚀或晶间腐蚀敏感性;在着马氏体组织,马氏体组织晶间腐蚀的敏感性远其次,处于相同环境中筒体段焊缝的裂纹数量与密高于奥氏体。实验表明,随着马氏体含量的增加,集程度都远低于封头部位。因此,分析这类裂纹形奥氏体不锈钢在乙二醇(水溶液)中的稳定电位负成的原因,简单地从腐蚀介质或焊接热影响区的作移(见表1),使得材料/介质体系的热力学不稳定性用考虑是不够的,筒体段与封头在制造工艺上的差增加,腐蚀变得易于发生。可以推知,其化学动力异应当是导致裂纹产生的关键因素。学参数也会必然随之产生变化,即腐蚀反应的速度国内目前的封头制造多采用旋压或冲压等冷加因组织中马氏体含量的增加而增大。工方式成型。无论采用何种工艺,都必须依靠材料表1奥氏体不锈钢在乙二醇(水溶液产生一定的塑性变形实现,而存在裂纹的部位正处中的稳定电位(mVvs.SCE)于封头的折边(或附近)部位,其变形量远大于筒体316LI Crl8Ni9Ti1Crl8Ni9卷制过程中产生的变形。对于1C18N9之类的非含大量不含马氏体马氏体马氏体马氏体稳定型奥氏体不锈钢,较大的塑性变形会导致奥氏马氏体马氏体含量高含量低含量高含量低体组织中产生一定量的马氏体组织,这已为试验所证实(见图4~6)。至于筒体焊缝附近的裂纹,按照传统理论,其产生原因应归咎于焊接过程中的热影响。适宜的温度与停留时间会导致奥氏体组织中产生金属间相和晶界贫铬,这些都会增加材料的晶间腐蚀敏感性。但是,不能排除卷制或对接过程较大冷变形的影响作用。应力虽不是形成裂纹的主要因素,但其存在促进了晶间腐蚀以定向选择性腐蚀的方式发生。3防护措施讨论图4正常奥氏体组织3.1选材”…稳定型奥氏体不锈钢在加工过程中不会发生马氏体相变,但由于其成本太高,应当不予考虑。低含碳量的奥氏体不锈钢在冷加工过程中形成的马氏体组织必然少,由焊接热影响引起的晶界贫铬也会随之降低。选用00级的超低碳奥氏体不锈钢可以降低晶间腐蚀发生的可能性。独山子分公司采用00crl9Nl1材质制做的T-534,其焊缝m,“:就热影响区以及包括严重受热部位在内,均未发现裂纹。除了介质因素可能稍有差别外,其低碳含量应图5拉应力致塑性变形所产生的组织当是最关键的原因。至于添加某些稳定化元素的材料,应经过试验证实后方可采用。含钼奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力明显优于不含钼者,316L是一种可以考虑盖“的选择,而添加钛在乙二醇(水)介质则并不适用3.2新投用设备的热处理中国煤化工的韧性,国内外有关标CNMHG用途的设备的制造一散鄱个作加工后恐处埋的符殊要求往往还借图6压应力致塑性变形所产生的组织助于冷加工来提高材料的强度水平。但对于像乙二醇水溶液这样的环境,含有马氏体组织的奥氏体石油化工腐蚀与防护第23卷不锈钢在其中有较高的晶间腐蚀敏感性,建议在整缝周围不存在裂纹),这种修复应当是最安全和最体焊接完成后进行一次固熔处理,以消除冷加工形经济的修复对策。成的马氏体组织和焊接过程的热影响。3.3在役设备的热处理结论如上所述,固熔处理可以消除奥氏体不锈钢中(1)乙二醇蒸发塔裂纹产生裂纹的根本原因的马氏体组织,对于材料为1Crl8N9的新设备,采在于冷加工过程中马氏体组织形成。用900℃左右的现场局部热处理就可保证其马氏(2)超低碳和含钼奥氏体不锈钢有较强的抗体和其他组织基本完成向奥氏体的转化,同时焊接晶间腐蚀能力。和冷加工过程中产生的残余应力亦得以消除。如(3)新建设备应进行固溶处理,在役设备亦可热处理温度受条件限制,亦可考虑作简单消应热处以贴覆作补救措施。理(消除形成裂纹的次要因素一应力的作用对于在役设备裂纹的修复,更合理的应当是在参考文献设备内部封头环焊缝附近冷变形较大部位,贴覆层超低碳奥氏体不锈钢板。由于焊接残余应力和1肖纪美著不锈钢的金属学问题[M].北京:治金工业出版社,热影响不构成产生裂纹的原因(如上述,筒体纵焊Intergranular Corrosion of Glycol EvaporatorLi qingmei, Zhao Henqing, Sun Guohao, Yang XinboDushanzi Petrochemical Company/CNPC Dushanzi, Xinjiang 833600)Abstract: In the past several years, a number of evaporators in glycol plants in China have experienced a lot of cracks. The scheduled turnaround in Dushanzi Petrochemical Company/CNPC have found the corrosion behavior. The analysis of the root causes and discussion of prevention measures conclude that, the culprit of cracking is the instable thermodynamics resulted from martensite in austenite in the steel as theresult of plastic deformation. The post weld heat treatment is recommended to stabilize the austeniteKeywords: austenitic stainless steel, martensitic stainless steel, intergranular corrosion, heat treatment6国外动态美国国际腐蚀工程师协会标准被译成中文2005年9月,美国国际腐蚀工程师协会4TM0284-2003”管道和压力容器钢材的抗氢( NACE International) China section年会在北京举致开裂评估”( Evaluation of Pipeline and Pressure行。NACE总裁 Neil Thompson和执行董事 Tony Vessel Steels for Resistance to Hydrogen- InducedKeane出席了该会议。会议期间正式公布了五个 Cracking);NACE标准的中文版本。这些标准是:5TMo103-2003”评估在湿硫化氢环境中使用lRP169-2002”地下或水下金属管道系统的的厚钢板抗应力导向氢致开裂的实验室测试程序外部腐蚀控制”( Control of External Corrosion on Un-( Laboratory Test Procedures for Evaluation of SoHICderground or Submerged Metallic Piping Systems):Resistance of Plate Steels Used in Wet H, S Service)2RP0285-2002”利用阴极保护对地下储油罐准中文版的更多信息或购买方式,可访系统的腐蚀控制”( Corrosion Control of Underground问h中国煤化工storage Tank Systems by Cathodic Protection);CNMHG竟影响继而变坏的3RP0502-2002”管道外部腐蚀的直接评估方现象。美国每年在腐蚀上的花费超过2.76亿美元,其法”( Pipeline External Corrosion Direct Assessment中30%可以通过使用最佳的腐蚀管理方法避免。(燕林供稿)