德士古气化炉导压管失效分析

第8期付涛等:德士古气化炉导 压管失效分析●121●德士古气化炉导压管失效分析付涛',张琦?(1.陕西渭河煤化工集团有限责任公司,陕西渭南714000;2.渭南市特种设备检验所,陕西渭南714000)摘要:对导压管完好样和失效样进行对比,通过宏观形貌观察、化学成分分析、破口及裂纹根部宏观形貌及显微组织形貌观察,结合实际工况,分析材料失效主要是由应力腐蚀引起的,并提出了相应的解决方法。关键词:导压管;腐蚀;失效分析中图分类号:TQ545文献标识码:C文章编号: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设备及 失效情况介绍态,介质为高压氦气,与气化炉炉内保持微正压状态,炉内温陕西渭河煤化工集团有限责任公司的气化装置,是我国度1300C左右,炉外壁温度220C左右。气化炉导压管在气引进的大型水煤浆加压气化装置,建于20世纪90年代,其化炉正常运行时突然发生氮气管线爆裂(如图1所示),导致中- -期合成氨目前已运行20余年,采用美国德士古的水煤气化炉中的高温混合 工艺气进人氮气管线，引起连接法兰接浆加压气化技术,压力为6. 5MPa的激冷流程。-期装置配管超温颜色变红,存在回火现象。置了3台气化炉实行2开1备,年产合成氨300kt。通过与完好试样对比,对失效部位的材料进行了宏观形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、硬度测试、表面和断口的宏观微观形貌观察,结合设备的实际工况,最终明确了了该部件的失效原因和机理,并提出相应对策以避免类似情况的发生。2失效分析2.1宏 观形貌检验将完好样与失效样进行宏观形貌对比(如图2所示),可以看到失效样整体上(径向和周向)未出现明显的塑性变形,且未出现明显的胀粗痕迹。失效样的中部存在- -个破口,破口张开程度较小，且破口张开的根部存在不规则分支裂纹,该裂纹呈分枝状分布。破口周围管材出现明显的均匀腐蚀形貌,其颜色为深黄褐色,破口所在处的管子两端,颜色呈灰白色,为原始防腐表面颜色。说明破口的产生与导压管该段出现的腐蚀有很大关系。图1导压管爆裂形貌气化炉设置导压管,气化炉导压管正常运行为常温状收稿日期:2014-06 -10作者简介:付涛(1985 -) ,陕西西安人,大学本科,助理工程师,从事化工装置动设备和静设备管理及研究。山东化工●122●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2014年第43卷a|b图2完好样(a)与失效样(b)宏观形貌对比破口的宏观形貌如图3所示,破口呈现脆性断口特征、破口近内壁存在有许多与破口方向一致的纵向表面裂纹，该裂纹粗糙、边缘为不平整的钝边,破口处管壁厚没有明显减薄。呈断网状分布。破口根部裂纹尖端存在许多细小扩展裂断口表面覆盖一层黄褐色物质。纹,其形态为树枝状分布,见图4(b)。将失效样沿破口水平中心位置剖开,分为两部分,其中-部分包括完整的破口。比较两部分的外表面，可以发现破口所在的部位颜色较深，为黄褐色;而破口周围的颜色灰黑色。管子两端外表面的颜色较浅,为灰白色,为防腐原始表面。比较剖开两部分的内表面,其中不含破口的一部分经除锈、清洗处理,其内表面有明显的腐蚀坑，且分布不均匀,导图3破口宏观形貌压管上破口正对的管壁部位分布的腐蚀坑较大且数量较多见图4(a);含破口处的管子内壁也有大量的腐蚀坑，破口附图4破口正对处内壁腐蚀形貌(a)及根部树枝状裂纹(b)2.2化学成分分析进行化学成分分析,结果见表1。依据GB/ T20878 - 2007《不气化炉导压管材质为TP304,管径60mm,壁厚4.0mm。锈钢和耐热钢牌号及化学成分》中的规定对检测结果进行比根据GB 223.1《化学分析方法》对完好样和失效样两根管材较,可以看到成分符合标准要。表1完好样和失效样化学成分分析%编号PMrNTi完好样0.0480.020.027.700.8918.0010.34失效样:0.0470.000.0280.511.4518.9210.810.33GI乏0.08当0.03 ;≤0.045≤1.00≤2.0017-195C -0.72.3显微组 织观察可以看到,完好样的基体上有大量的TiN相析出相,其依据CB/T 13298 - 1991<金属显微组织检验方法》、GB/形貌为四边形、椭圆形等,其金相组织为:奥氏体+氮化物;T 6349 - 2002<金属平均晶粒度测定方法》规定,对完好样、晶粒度为G6. 0。而失效样破口位置附近的显微组织形貌金破口附近及裂纹根部金属基体进行显微组织观察,试样进过相组织为:奥氏体+铁素体+碳化物，晶粒度为:G5.5,试样机械抛光后,使用王水进行浸蚀，其显微组织形貌如图5所上存在裂纹,裂纹由内表面向外表面扩展,该裂纹以穿晶方示。式开裂并扩展。从裂纹根部扩展显微组织形貌来看试样内第8期付涛等:德士古气化炉导压管失效分析●123.表面有多处裂纹,从裂纹的根部及尖端均可见其内存在腐蚀洞中存 在腐蚀产物;也存在相互平行断续状裂纹,裂纹中充产物,裂纹开裂方式为穿晶开裂,且晶界存在黑色的颗粒状满腐蚀产物。.的析出物,材质敏化,在裂纹的尖端存在氧化孔洞,并且在孔(a)完好样(b)破口位置附近(c)裂纹根部图5显徼组织形貌2.4 硬度测试平整的钝边,且断口处没有明显的减薄。对于裂纹根部取的依据GB/T 4340.1 - 2009<金属材料维氏硬度试验第1样品,断口试样表面形分为两部分,-部分是原始开裂区域，部分:试验方法>和参照CB/T13296 -2007《锅炉热交换器表面覆盖氧化物,颜色较暗， 部分新打开区域,表面有明显用不锈钢无缝钢管>中规定的力学性能，见表2,材料硬度均的韧窝。满足材料标准要求。采用二次电子成像(SEM)对断口试样进行观察，如图6表2完好样和失 效样硬度检测所示。(a)为破口处形貌,可以看到为明显的解理断裂,其表编号硬度(HV10)面较为平整,晶界清晰,在断口上可以观察到明显的解理台阶,解理扩展纹起源于晶界,表面覆盖-层腐蚀产物。(b)为完好样150.5147.5151.0裂纹根部形貌,其断口表面也为明显的解理断裂特征,表面失效样153.5154.0152.5存在明显的解理台阶,晶界清晰,表面覆盖-层腐蚀产物。GIs 200(c)为破口正对处内壁形貌,试样的腐蚀坑里形貌较为平整，5断口形貌观察晶界清晰，在晶间上有明显的敏化物质。通过能谱检测对断口宏观形貌进行观察可以看到,断口试样未出现塑(EDS) ,发现破口、裂纹根部及内壁腐蚀坑位置均有S和Cl性变形痕迹,呈明显的脆性断口特征,表面较粗糙,边缘为不元素。80xV X1.000 oyen WD8.OrnmNONE(a)破11处(b)裂纹根部山东化工●124●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2014年第43卷(c)破口对应内壁图6 显微组织形貌3综合分析蚀产物;在管线的破口介质进口侧材料存在明显的敏化特3.1 结果征。(1)从材料的化学成分和硬度满足对应国标要求。(3)根据工艺条件,该管线为微正压,与气化炉内相连，(2)失效样的金相组织为奥氏体+铁素体+碳化物,材在运行条件下,若流速较低,那么气化炉中的介质容易进入料发生了敏化;而完好管子材料的金相组织为奥氏体+氮化该管线。从而在水平管内形成腐蚀环境(硫化氢、氧、灰分钛,组织正常。等),导致灰分下硫、氧腐蚀,形成局部腐蚀坑和平行腐蚀条(3)断口表面无明显塑性变形,平齐,表面粗糙脆性断纹;同时由于气化炉介质温度较高,与管线来的温度较低的裂,解理特征。氮气接触,将进入该管线的合成气温度降低,形成干湿交替(4)含破口管子的内表面存在裂纹,裂纹扩展方向由内的腐蚀环境。表面指向外表面,且在破口附近存在裂纹与破口方向一致,4结论与建议裂纹间隙中存在腐蚀产物。应力腐蚀是导致管爆裂的主要原因。气化炉介质进人(5) 在管的内壁存在腐蚀坑,腐蚀产物的主要有害元素管线,形成腐蚀环境,导致表面局部腐蚀-腐蚀坑,成为裂纹为S和Cl元素。.源。建议如下:(1)工艺调整,避免气化炉介质进人管线;(2)3.2分析增加管线气体流量;(3)在弯头部位设置跨线,增加流量;(1)通过检测结果、气化炉的工艺条件以及管线的功能，(4)对该管线和连接气化炉管线进行全面检验,确定其他部可以看出,气化炉工作在高温、灰分、水分、硫化氢和氧环境;位损伤情况。然而该管线处于常温状态,氮气介质。在正常的工艺条件下,管线无腐蚀环境,不存在腐蚀。(本文文献格式:付涛,张琦. 德士古气化炉导压管失效(2)失效的典型特征为内表面局部腐蚀- - -腐蚀坑;分析[J].山东化工,2014 ,43(8):121 -124. )断口特征为脆性断裂,解理开裂;在裂纹尖端缝隙中存在腐(上接第120页)康有序及快速地发展,今后我国乙丙橡胶工业的发展应朝4建议意见着提高生产规模，扩大应用领域,积极应用新技术,加快新型结合市场需求和国外先进企业技术的发展方向,笔者建单体及催化剂的国产化方向努力。相信在中石油吉林公司议国内的生产企业从几个方向人手改进生产工艺:和国内其他单位大力投人研发的努力下,我国- -定能在短时(1)提高单线生产规模,加大投入解决工艺上瓶颈问题，间内打破西方技术垄断,开发出拥有自主知识产权的乙丙橡重点解决反应器及搅拌和传热工程设计问题。力争提高到胶新技术和更多满足市场需要的新产品牌号。单线3万t规模。参考文献(2)组成联合体,解决催化剂国产化问题,并尝试新型茂[1]中商情报网.2013年我国三元乙丙橡胶市场发展状况金属催化剂的试制和应用。[EB/OL]. [2013 -08 - 20]. htp://www. askci. com/(3)加大新产品牌号的开发,尤其是高附加值牌号产品news/20130820/154636186329593. shtml.以满足国内市场需要,提高装置经济效益。采用新品种第三单体是重点方向。(本文文献格式:袁阅春,姜波. 三元乙丙橡胶生产技术探5结束语讨[J].山东化工,2014 ,43(8):119 - 120,124. )以乙丙橡胶的发展趋势来看,为保持我国乙丙橡胶健