·材料与防腐·

《·材料与防腐·》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、·材料与防腐·对石化设备不锈钢应力腐蚀开裂的认识与反思余存烨(上海石化股份有限公司)石油化工装置采用了较多的不锈钢设备，一般耐全面腐蚀性能良好，但也可能产生点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀及应力腐蚀破裂等局部腐蚀。而其中应力腐蚀破裂没有明显的预兆，在不发生任何变形情况下却发生突然、迅速的脆性断裂，对安全生产危害性极大。因此，石化企业对应力腐蚀破裂给予特别关注。应力腐蚀破裂(以下简称SCC)通常认为是金属或合金在拉应力和腐蚀介质共同作用下产生的。尤其是Cr-Ni奥氏体不锈钢在氯化物、硫化物环境中对SCC特别敏感。SCC开始后没有切实可行的方法使其停止，开裂形

2、成与扩展相当快，据称SCC开裂速度达到1~10mm/h，约为点腐蚀速度的105倍。此外，造成SCC的临界拉应力数值大大小于钢材的屈服强度(0.1~0.5MPa)，经冷加工再焊接后可能接近屈服强度，因而考虑设备开裂破坏必须冲破机械强度计算的框框。但对不锈钢设备发生SCC也不必杞人忧天，可以根据国内外现已取得的研究成果，遵循控制SCC发生与发展的规律，吸取相关装置或设备曾发生SCC的经验与教训，我们认为石化设备发生SCC完全可以减少到最低程度。至今预防SCC最好的办法就是选用耐SCC的合金，然后对环境进行严格的控制，消除残余拉应力，采用合理的结构设计，以

3、防止可能造成SCC的条件。本文根据在石化厂长期从事设备腐蚀与防护工作的经历，结合不锈钢设备发生SCC实例(未注明的均系上海石化)，从中领悟出一些心得体会，分述如下。1、干湿交替、气液交界部位易发生SCC立式换热器由于壳程走水，而冷却水出口处与上管板之间形成一个水流不到的空间，在该区的管束处于干湿交替或气液交界的环境中，容易使Cl-浓缩，而且冷却水在汽液界面蒸发，使溶解氧析出，氧作为阴极去极剂，因此造成与促进SCC事故。如丙烯腈装置乙腈脱氢氰酸塔顶冷凝器，管束材质为304L，管子与管板采用胀接。壳程走32℃/40℃的经水质处理的循环冷却水，管程走58℃

4、/38℃的氢氰酸，经几年使用后发现有10余根管子断裂，断裂发生在上管板下端约14~54mm处，经金相分析证明，裂纹从管外壁向内壁穿晶延伸扩展，裂纹貌似树枝状，电镜观察为河流形貌。这说明裂纹是应力腐蚀破裂(SCC)。又如泸州某化工厂再冷器，立式单程，壳体为碳钢，列管为316L，管板为碳钢堆焊309钢。列管与管板连接为先胀后焊。管程走102℃/33℃的湿H2S，壳程走27℃/37℃的冷却水。经3~4月使用10台中有8台发生腐蚀开裂泄漏。泄漏的管子约为列管总数的1/3~1/4。发生腐蚀开裂的部位处于再冷器上管板下端240~300mm范围，即为气液相交界面，

5、有水垢沉积，垢下有大量蚀坑。由于冷却水采用长江水，经沉淀清理，含氯量小于10μg/g，但经浓缩Cl-更高，再加残余应力存在，造成SCC事故。又如川维甲醛装置余热锅炉(水冷却器)同样也由于冷却水未充满上管板下部空间，干湿交替，列管表面氯离子浓缩，使1Cr18Ni9Ti钢管发生SCC。为防止换热器干湿交替、气液交界部位发生SCC，应将立式改为卧式，或将介质走壳程，冷却水走管程。或立式换热器在设计上将冷却水出口上移甚至紧贴上管板，使壳程始终充满流动冷却水。2、传热面附着物沉积垢易发生SCC换热器、再沸器、干燥机等传热面的冷却侧常附着钙镁盐、生物，污泥、腐蚀

6、产物等各种沉积物，以及工艺物料垢，它们不仅在传热面上形成绝热层，而且妨碍离子等扩散，以至造成闭塞电池促进腐蚀的条件，即产生缝隙腐蚀或垢下腐蚀。此外，由于垢层下的绝热效应，不仅造成垢下面的管壁温度接近工艺过程流体温度，而且也使垢下有害Cl-浓缩，更促进传热面的SCC发生与发展。如醋酸装置脱低沸物塔第一冷凝器，管束材质为316L钢，管程走32℃/92℃冷却水，壳程走115℃/100℃醋酸，卧式四程。采用三聚磷酸钠、聚丙烯酸等作水处理剂，Cl-达120μg/g。经1年使用，发现有几根管子开裂泄漏。经宏观检视，在管内壁有1mm淡黄色水垢附着，垢层下有φ1mm

7、贯穿的孔蚀。对垢层与孔蚀处作XMA元素分析，垢层主要为P、Ca，少量Zn，孔蚀处有Cl浓缩，以致造成氯脆。又如PTA装置有两台干燥机，分别为TA干燥机与PTA干燥机，规格为φ3100mm、总长28000mm，均采用316L钢制作。筒体内设有近百根φ89~114mm蒸汽加热管，管外处理介质分别为TA与PTA湿粉料，操作温度135℃。经1~2年运转后，在筒体中部及加热管外壁沉积附着TA或PTA物料垢，垢下发现普遍的严重点蚀与坑蚀，并由此造成多根加热管发生破裂。能谱分析证明，垢下有Br-、Cl-浓缩，Br-是由催化促进剂带入的，Cl-是由碱洗带入的。金相检

8、视证明，裂纹呈枯树枝状，电镜显示有准解理花样，系属典型的SCC破坏。为此曾多次换管维修，仍继续发生破裂。另外