加氫裂化泵入口管線三通失效原因分析

司馬靚明

(中國石化集團洛陽石油化工工程公司，河南洛陽 471003)

加氫裂化泵入口管線三通失效原因分析

司馬靚明

(中國石化集團洛陽石油化工工程公司，河南洛陽 471003)

通過對某公司加氫裂化裝置液化氣泵入口不銹鋼管線失效三通進行宏觀檢驗、化學成分分析、金相分析與掃描電鏡分析等，認為三通失效的原因為濕環境下氯離子和硫化氫共同作用下的應力腐蝕開裂。該不銹鋼三通在制造過程中未嚴格執行制造工藝，導致金相組織中出現σ相析出，制造后又未經過固溶處理，使材料的耐蝕性降低，在腐蝕性介質中由于氯離子的長期作用，產生點蝕坑，成為誘發裂紋的起源。有害物質硫化氫的質量濃度由過去的低于1 g/L增加到7～10 g/L，有害物質硫化氫的質量濃度出現了激增，氯離子質量濃度最高達124 mg/L。同時介質中氯離子的存在使硫化氫應力腐蝕速率加快，從而導致三通失效。

加氫裂化 三通 應力腐蝕 氯離子 硫化氫

某公司加氫裂化車間泵入口管線三通在大修后僅運行2個月就出現開裂。三通的規格為Φ89 mm×6 mm，材質為0Cr18Ni9，為整體壓制成型。管線內的介質為液化石油氣，且含有硫化氫、氯離子和少量水，壓力為2.0 MPa，溫度為30～40℃，服役期3 a。由于煉制高硫原油，介質中的硫化氫含量發生了明顯的變化，由過去的硫化氫質量濃度低于1 g/L增加到現在的7～10 g/L，有害物質硫化氫的質量濃度出現了激增，氯離子質量濃度最高達124 mg/L，是腐蝕失效的主要原因。

1 宏觀檢驗及厚度測量

1.1 宏觀檢驗

三通外表光亮，裂紋對稱出現在三通頸部兩側，沿三通頸部縱向分布，走向平直并且裂紋有分叉，裂紋的長度約為45 mm，開裂三通其中一側的裂紋已經補焊修復。將三通沿縱向剖開，對其內表面進行了宏觀檢驗，檢驗結果發現內表面顏色發黑，有很多大小不一，深淺不一的腐蝕坑，見圖1。三通內壁的裂紋并不連續，而是斷續呈臺階狀擴展的，見圖2。將三通沿裂紋打開，對斷口進行宏觀檢驗后發現，裂紋由內壁向外壁擴展，方向垂直于三通壁，斷口平齊，并出現有臺階。斷口表面明顯被腐蝕呈脆性斷裂的特征。

圖1 三通內壁的點蝕坑Fig.1 Etched pits on the inwall of the tee

圖2 三通內壁的裂紋Fig.2 Crack on the inwall of the tee

1.2 厚度測量

選取16個點對三通內壁進行宏觀檢驗并進行壁厚測試，三通壁厚無明顯均勻減薄的跡象，測厚結果見表 1［1］。

2 化學成分分析

將三通取樣進行化學成分分析，結果見表2。

三通的化學成分符合GB1221-92的標準中0Cr18Ni9化學成分規定。

表1 三通的測厚數值Table 1 The value of thickness measuring of the tee mm

表2 三通的化學成分分析結果Table 2 The result of component analysis of the tee w，%

3 金相分析

在三通無裂紋處及裂紋附近分別取樣進行金相分析。無裂紋處和有裂紋處的金相組織均為奧氏體加少量鐵素體;奧氏體晶界不明顯，無因固溶處理而產生的攣晶奧氏體出現，且奧氏體晶內有變形的滑移線，見圖3，圖4。在奧氏體和鐵素體晶界處有黑色的σ相析出，見圖5。

圖3 無裂紋處表面的金相組織 200×Fig.3 Metallographic structure of the surface with no crack

圖4 有裂紋處的金相組織 200×Fig.4 Metallographic structure of the surface with crack

圖5 金相組織中析出的黑色σ相 500×Fig.5 σ Phase on metallographic structure

4 掃描電鏡分析

將三通沿裂紋擴展方向打開，做掃描電鏡分析。斷口的微觀形貌見圖6，裂紋的擴展方向由內壁向外壁擴展，斷口內壁的邊緣處有點蝕坑，此點蝕坑誘發內壁的裂紋產生，見圖7。進一步對斷口內壁進行掃描電鏡分析，在斷裂處內壁附近發現有許多裂紋，裂紋均從點蝕坑開始沿內壁向外擴展，內表面裂紋擴展的路徑上均有較多的點蝕坑相連，見圖8。對斷口表面的腐蝕產物進行能譜分析后發現，腐蝕產物中成分主要為硫化物，見圖9。對內壁裂紋處的點蝕坑中的腐蝕產物進行能譜分析后發現，點蝕坑內腐蝕產物主要也為硫化物，并且含量較高，見圖10。

5 失效原因分析

三通的化學成分符合標準中0Cr18Ni9化學成分要求，化學成分合格。

圖6 斷口的微觀形貌Fig.6 The microstructure of fracture

圖7 斷口上的點蝕坑Fig.7 Etched pits of fracture

圖8 三通內壁腐蝕坑與裂紋Fig.8 Etched pits and crack on the inwall of the tee

從三通的金相組織分析結果可知，奧氏體晶界不明顯，無因固溶處理產生的攣晶奧氏體出現，且奧氏體晶內有變形的滑移線，在奧氏體和鐵素體晶界處有σ相析出，說明該不銹鋼三通經熱壓成型，熱壓后未經固溶處理。三通在熱壓成型過程中，熱壓溫度在600～900℃，冷卻速度緩慢時，則會析出高鉻的碳化物和富鉻σ相，導致奧氏體和鐵素體晶界處出現貧鉻區域，富鉻σ相的出現使不銹鋼的耐腐蝕疲勞性能下降［2］，腐蝕性介質中活性極強的氯離子的作用下首先在富鉻σ相周圍貧鉻區產生腐蝕，導致腐蝕坑的出現，硫化氫含量較高時，在硫化氫的應力腐蝕作用下產生微裂紋，微裂紋逐漸擴展導致三通開裂泄漏。由掃描電鏡分析可知，三通內壁有許多的裂紋，裂紋源均在點蝕坑處，由能譜分析得知點蝕坑表面腐蝕產物主要成分為硫化物，含量很高，斷口表面的腐蝕產物中成分主要為硫化物，含量較高，斷口呈明顯的脆性斷裂的特征，三通的開裂具有硫化氫應力腐蝕開裂的特征。

該不銹鋼三通在制造過程中未嚴格執行制造工藝，導致金相組織中出現σ相析出，制造后又未經過固溶處理，使材料的耐蝕性降低。在腐蝕性介質中氯離子的長期作用下產生點蝕坑，點蝕坑的出現成為誘發裂紋的起源，在濕硫化氫環境中極易產生應力腐蝕裂紋，大修開車后硫化氫含量激增約為過去的10倍，介質的腐蝕性激增，加劇了硫化氫應力腐蝕的敏感性，同時由于介質溫度為30～40℃，也在硫化氫應力腐蝕的敏感溫度范圍內。點蝕坑的出現是誘發裂紋的起源，硫化氫含量的激增，使硫化氫應力腐蝕速率加快，裂紋的開裂速度加快，導致不銹鋼三通在短時間內開裂。

6 結論

(1)三通的化學成分符合標準中0Cr18Ni9化學成分要求，化學成分合格;

(2)不銹鋼三通開裂為濕環境下氯離子和硫化氫共同作用下的應力腐蝕開裂;

(3)開裂的主要原因為硫化氫的質量濃度由過去的低于1 g/L增加到現在的7～10 g/L，有害物質硫化氫的質量濃度出現了激增，使介質的腐蝕性激增，同時介質中氯離子的存在，使硫化氫應力腐蝕速率加快。該不銹鋼三通在制造過程中未嚴格執行制造工藝，導致金相組織中出現σ相析出，制造后又未經過固溶處理，使材料的耐蝕性降低，在腐蝕性介質中氯離子的長期作用下產生點蝕坑，成為誘發裂紋的起源。在二者的共同作用下導致了不銹鋼三通的開裂。

7 建議

(1)控制并降低物料中氯離子含量;

(2)對同批次的不銹鋼管件進行跟蹤檢查，定期進行檢驗;

(3)采用氣體檢測儀加強現場巡檢，確保安全運行;

(4)控制不銹鋼管件的質量，條件允許時建議進行材質升級。

［1］張承中.金屬的腐蝕與保護［M］.北京:冶金工業出版社，1991:105-116.

［2］陸世英，王欣增，李丕鐘.不銹鋼應力腐蝕事故分析與耐應力腐蝕不銹鋼［M］.北京:原子能出版社，1995:76-82.

Failure Cause Analysis of Tees on Pump Inlet Line of Hydrocracking Unit

Sima Liangming
(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation，Luoyang，Henan 471003)

The macro examination，chemical analysis and metallographic analysis and SEM of failed tees on stainless steel inlet pipelines of LPG pump of hydrocracking unit concluded that the cause of failure was the stress corrosion cracking under the common effect of chlorine ions and H2S in wet environment.The stainless steel tee had been fabricated without strictly following the required fabrication procedures，and à phase educt appeared in the metallographic structure.Furthermore，as the tee had not been treated by solution after fabrication，the corrosion resistance of the material was reduced.The pit corrosion occurred under the long－ term effect of chlorine ions in the corrosive media，which was the culprit of cracking.The mass concentration of hazardous H2S was increased to 7～10 g/L from 1 g/L and the maximum mass concentration of chlorine ions was as high as 124 mg/L.The presence of chlorine ions in the media had accelerated the stress corrosion rate of H2S，which led to the failure of the tee.

hydrocracking，tee，stress corrosion，chlorine ion，H2S

TE986

B

1007－015X(2012)04－00061－04

2012－04－ 26;修改稿收到日期:2012－05－28。

司馬靚明(1978－)，工程師，2003年畢業于鄭州大學。現從事管道設計工作。E-mail:simalm.lpec@sinopec.com。

(編輯 寇岱清)