制氫裝置酸性水汽提塔開裂分析

龔建華，胡 崗

(中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101)

制氫裝置酸性水汽提塔開裂分析

龔建華，胡 崗

(中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101)

制氫裝置酸性水汽提塔投用3年后裝置停工大檢修時發現塔壁出現多處裂紋，通過酸性水汽提塔取樣件分析，母材化學成分滿足標準對0Cr18Ni9的要求;試塊塔內外壁滲透檢測判斷裂紋是從外壁向內壁擴展，局部已穿透，裂紋有明顯分枝現象;微觀形貌觀察/EDS能譜分析裂紋從外壁起裂，垂直于壁厚方向向內壁擴展，金相觀察裂紋均為穿晶樹枝狀擴展特征;保溫材料中Cl－檢測Cl－質量分數為0.005。綜合分析為保溫材料中的Cl－在保溫層下濃縮，最終導致氯離子應力腐蝕現象的發生。因此，酸性水汽提塔外壁裂紋系奧氏體不銹鋼保溫層下氯離子應力腐蝕開裂導致。

裂紋 氯離子應力腐蝕 保溫層

中國石化海南煉油化工有限公司制氫裝置1101-C-101酸性水汽提塔為2005年安裝，2006年8月投用。在2009年底裝置停工大檢修時發現塔壁出現多處裂紋。為了對開裂原因進行分析，對該塔壁板裂紋處進行料取樣分析，以便找出塔壁開裂的失效機理，提高裝置設備運行安全性。

1 塔壁開裂情況概述

制氫酸性水汽提塔1101-C-101主要參數:規格:φ1 500×19 608×10×8 mm;材質0Cr18Ni9;容積:22.9 m3;設計壓力/工作壓力:0.23 MPa/≦0.05 MPa;設計溫度/工作溫度:124℃/≦104℃;介質:酸性水(CO2水溶液)，外壁保溫棉保溫。2009年12月對該塔進行首次全面檢驗，經PT檢測，在塔體外壁發現64處表面裂紋，裂紋主要分布在汽提塔下部H5環焊縫上，見汽提塔外壁展開圖1，具體分布情況如下:

圖1 汽提塔外壁展開Fig．1 The stripper tower external expansion

(1)H5環焊縫上有45處裂紋，H3上有2處裂紋，H1，H2和H4環焊縫上各有1處裂紋。裂紋最長35 mm。最深4.0 mm。.

(2)筒體與群座Q環焊縫上發現10處橫向裂紋，裂紋最長20 mm，最深2.0 mm。

(3)距離人孔R1 350 mm處發現1處橫向裂紋，裂紋長25 mm，深2.5 mm。

圖2 環焊縫上裂紋Fig．2 The crack at ring the weld line

(4)距離Y1接管焊縫50 mm和60 mm的母材上發現 2處裂紋，裂紋最長 110 mm，最深6.0 mm。

(5)距離e1接管焊縫30 mm母材上發現1處裂紋，裂紋長70 mm，深5.0 mm。

2 化學成分分析

從試塊上取母材進行化學成分分析，結果見表1。由表1可見，取樣部位化學成分滿足標準GB4237-1992《不銹鋼熱軋鋼板》中對0Cr18Ni9的要求。

表1 酸性水汽提塔取樣件母材化學成分Table 1 The chemical composition of parent material on the acid water stripper tower w，%

3 滲透檢測

對塔內外壁取樣的試塊進行了滲透檢測，發現裂紋缺陷見圖3、圖4所示。由圖3、圖4可見，外壁裂紋較長，而內壁較短，由此可以判斷裂紋是從外壁向內壁擴展的，局部已穿透，裂紋近似環繞接管擴展，裂紋有明顯分枝現象。

圖3 汽提塔滲透檢測外壁裂紋情況Fig．3 The outer wall cracking of penetrates testing in the stripper tower

4 微觀形貌觀察(EDS能譜分析)

從斷口觀察見圖5，裂紋從外壁起裂，垂直于壁厚方向向內壁擴展，裂紋深度約為5-7 mm，局部已穿透。宏觀斷口觀察斷口表面呈現深褐色，覆蓋有腐蝕產物，見圖6。

圖7給出了裂紋A的斷口微觀形貌，斷口上存在解理的脆性斷裂，有河流狀、羽毛狀花樣，以及二次裂紋。

圖4 汽提塔滲透檢測內壁裂紋情況Fig．4 The inner wall cracking of penetrates testing in the stripper tower

圖5 斷口觀察選取的裂紋Fig．5 Selecting the crack from the fracture

圖6 裂紋斷口觀察的宏觀形貌Fig．6 The macroscopic morphology ring the crackle fracture

表2給出了部分的微區EDS能譜分析結果，腐蝕產物中含有大量的Cl－。

5 金相觀察

圖7給出了酸性水汽提塔筒體裂紋部位金相照片。由圖可見，不論是外壁表面，還是橫截面方向上的裂紋均為穿晶樹枝狀擴展特征，母材金相組織為奧氏體組織和孿晶組織。

6 保溫材料中Cl－檢測

對從設備上拆下的保溫棉進行檢測，發現Cl－質量分數為0.005。

表2 圖7標識部位的微區EDS能譜分析結果Table 2 The analysis result of energy spectrum in the micro zone EDS of the mark position on fig(7) w，%

圖7 酸性水汽提塔裂紋金相照片Fig．7 The metallographic photos of the cracks in the acid water stripper tower

7 主要理化分析結果

(1)化學成分:取樣母材試塊化學成分滿足標準GB4237-1992《不銹鋼熱軋鋼板》對0Cr18Ni9的要求。

(2)斷口觀察:裂紋從外壁起裂，垂直于壁厚方向內壁擴展;斷口呈現解理的脆性斷裂，有河流狀、羽毛狀花樣，以及二次裂紋。斷口表面呈現深褐色，覆蓋有腐蝕產物，腐蝕產物中含有Cl－。

(3)顯微組織:取樣母材試塊顯微組織為奧氏體組織加孿晶組織。

(4)裂紋特征:裂紋為樹枝狀，有主干有分枝，分支裂紋尖端比較尖銳。

8 結 論

酸性水汽提塔內徑1 500 mm，塔高19 608 mm，其長徑比為13:1，塔器頂部會產生靜撓度。在海邊風載情況下，由于受到拉、壓、彎等多種力的作用，與塔體相連的接管法蘭、塔底部環焊縫部位處于高的應力水平。同時設備保溫棉中的Cl－質量分數為0.005，多年運行后保溫材料中的Cl－很容易在保溫層下濃縮，最終導致氯離子應力腐蝕現象的發生。由此可以得出，酸性水汽提塔外壁裂紋系奧氏體不銹鋼保溫層下氯離子應力腐蝕開裂導致的。

(編輯 王菁輝)

Abstract:Cracks were found on the tower shell in the scheduled overhaul of stripping tower of hydrogen generation plant after 3 years’operation．To locate the root causes of cracking，the base metal of stripping tower was sampled and analyzed，and whose chemical compositions were found to meet the specifications for 0Cr18Ni9 steel．The testing of both internal and external walls concluded that the cracks propagated from external wall to the internal wall．Some cracks penetrated the shell and some had branch cracks．The micro morphology/EDS analysis found that the cracks developed from external wall and propagated vertically to the internal wall in the direction of wall thickness．The metallographic analysis found the cracks had transgranular characteristics．The mass concentration of Cl－in insulation material was tested and found to be 0．005．As the Cl－concentrated in the insulation layer，the Cl－stress corrosion finally occurred．Therefore，the cracks on the external wall of sour water stripping tower were caused by Cl－stress corrosion cracking under the insulation of austenitic steel．

Keywords:cracks，Cl－stress corrosion cracking，insulation layer

Study on Causes of Cracking of Sour Water Stripping Tower for Hydrogen Generation Plant

Gong Jianhua，Hu Gang
(SINOPEC Hainan Refining＆Chemical Co．，Ltd．，Yangpu，Hainan 578101)

TE966

A

1007－015X(2012)05－0013－04

2012－05－16;修改稿收到日期:2012－06－25。

龔建華，學士，高級工程師，1990年畢業于石油大學(華東)化工設備與機械專業，現在從事設備管理工作。E-mail:gongjh9119@126.com。