裂解爐文丘里壓力表引壓管斷裂原因分析

胡顯馳，張翠翠，魏志剛，單 勇

（1.遼寧石油化工大學，遼寧撫順 113001；2.中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧撫順 113008）

裂解爐文丘里壓力表引壓管斷裂原因分析

胡顯馳1，張翠翠1，魏志剛2，單 勇2

（1.遼寧石油化工大學，遼寧撫順 113001；2.中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧撫順 113008）

描述了乙烯裝置裂解爐文丘里引壓管出現斷裂的特征，并對出現斷裂的原因進行了分析，制定了針對性的檢修措施，并提出了改進建議。

奧氏體不銹鋼；晶間腐蝕；應力腐蝕開裂

某化工廠80萬t/a乙烯裝置采用的是美國斯通韋伯斯特（S&W）公司的專利技術，年操作時間為8 000h，裝置的操作彈性是60%～110%；

乙烯裝置主要由裂解、急冷、壓縮、冷分離、熱分離、制冷、等單元組成。裂解爐為USC型管式裂解爐；急冷油塔、急冷水塔、堿洗塔采用S&W的波紋塔盤；裂解氣壓縮采用五段壓縮，分離系統采用雙塔前脫丙烷、前加氫、低壓乙烯塔與乙烯壓縮機構成開式熱泵、深冷分離采用了S&W公司最新的專利技術HRS（熱集成精餾系統）等先進的工藝技術；運行安全可靠，投資低，能耗較低。

1 基本概況

巡檢人員發現7#裂解爐文丘里壓力表引壓管在2017年1月5日出現開裂泄漏，裂紋出現在焊口處，經過停爐，緊急更換部分管件，將此問題暫時解決。

2 檢測結果

2.1 宏觀及低倍觀察

從圖1可見，斷裂的位置主要集中在焊縫熱影響區附近，斷口表面布滿腐蝕產物。從低倍形貌可以看出，斷口表面有二次裂紋，同時在引壓管的內壁也發現了從內壁向外壁擴展的裂紋。

圖1 斷裂位置宏觀及低倍形貌

2.2 金相檢驗

圖2 金相組織1

3 綜合分析

通過宏觀和微觀觀察可見，斷裂位置主要位于焊縫熱影響區區域內，并向母材擴展。開裂是由內壁起源并向外壁擴展。斷口表面有腐蝕產物附著，并有二次裂紋，裂紋沿晶擴展，能譜檢測發現斷口表面含有高含量S元素和一定量的Cl元素，因此初步判斷斷裂是由于發生硫化物應力腐蝕開裂造成的（SSCC），氯元素起到了促進作用。

圖3 金相組織2

圖4 金相組織3（焊縫區）

應力腐蝕開裂（SCC）是指應力和腐蝕介質聯合作用下金屬材料所發生的一種局部腐蝕破壞。應力腐蝕開裂一般具有如下特征：

1）一種合金材料只有在“特定”的介質中才會發生SCC。對于奧氏體不銹鋼，可能造成SCC的環境有：含氯化物的冷凝水或氯化物水溶液、海水、H2S及NaOH-H2S水溶液等。

2）SCC裂紋擴展方向通常與拉應力方向垂直，形態有裂紋沿晶界擴展和穿晶界擴展兩張狀態。

3）產生SCC的孕育期很長，但裂紋一旦萌生，擴展速度很快。斷口觀察表明，即使像奧氏體不銹鋼這種韌性很好的材料，其應力腐蝕開裂的斷裂模式也為脆性斷裂。

從以上特征可以看出，該失效件斷裂區域屬于奧氏體不銹鋼的熱影響區，從應力水平上講，存在焊接殘余應力，介質為裂解氣，從斷口成分分析可見，介質中含有硫化物和Cl元素，屬于斷裂敏感環境，因此才發生SSCC現象。

煉油設備的SCC受下列參數復雜交互作用的影響：①暴露于酸性環境中的材料的化學成分、強度、熱處理和顯微組織；②材料的總拉應力（外加應力與殘余應力之和）；③材料中的氫流量，即游離水的存在、硫化氫濃度、pH及其它諸如氰化物和二硫化物離子濃度等環境參數；④溫度；⑤時間。

分析裂紋的起源，從金相組織觀察中可見，樣件存在晶間腐蝕，304不銹鋼如果發生晶間腐蝕，說明其在焊接或者使用過程中在其敏化溫度區間內有停留，一般不銹鋼的敏化溫度為450～850 ℃，可見其焊接或者使用過程中均有可能出現這個溫度區間。

4 結論

通過以上檢測分析，得出如下結論：

1）壓力表引壓管斷裂的主要原因是由于其發生硫化物應力腐蝕開裂；

2）裂紋的起源應為焊接熱影響區的組織發生了晶間腐蝕，而引壓管熱影響區發生晶間腐蝕的原因可能為焊接過程或者使用過程的溫度處于450～850 ℃的不銹鋼敏化溫度區間內有關。

5 建議

根據以上失效原因，提出建議如下：

1）從選材上，可以在不銹鋼中添加鈮或鈦等元素，提高抗晶間腐蝕的能力，比如可以選擇321 不銹鋼；

2）焊接過程中，在可以滿足強度的前提下，盡可能選用低強度焊材；

3）焊后可以進行焊后消除應力的熱處理，焊后熱處理溫度應按照熱處理制度盡可能取上限。

6 結束語

綜上分析，可以準確判斷出壓力表引壓管斷裂的原因是應力腐蝕開裂，也并給出了相關改進建議。通過升級材質和焊接后處理可以有效避免這一問題再次發生。下一步檢修期間對次問題進行改進，徹底消除安全隱患。本次對壓力表引壓管斷裂的分析，為同行業積累了寶貴經驗。

[1] 蔡劍秋.腐蝕與防護手冊，化工生產裝置的腐蝕與防護[M].北京：化學工業出版社，1995.

[2] 陳居術.尤其管道焊接接頭的盈利腐蝕與防護[J].管道技術與設備，2003，（4）.

[3] 孫秋霞.材料腐蝕與防護[M].北京：冶金工業出版社，2001.

Cause Analysis of Fracture of Pressure Pipe in Venturi Pressure Table of Cracking Furnace

Hu Xian-chi，Zhang Cui-cui，Wei Zhi-gang，Shan Yong

This paper describes the characteristics of the fracture of the venturi in the ethylene plant cracking furnace，analyzes the causes of the fracture，sets out the targeted inspection measures，and puts forward some suggestions for improvement.

austenitic stainless steel；intergranular corrosion；stress corrosion cracking

TE96

：A

：1003–6490（2017）04–0142–02

2017–04–12

胡顯馳（1984—），男，遼寧撫順人，助理工程師，主要從事石油化工方面工作。