气化炉氧管线损伤评估+气化炉运行特护规定

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1、气化炉氧管线损伤评估某大型合成氨厂从徳国引进的气化炉氧管线投产运行三年中,发生多起爆管和焊缝泄漏事故，使装置频繁停车进行换管或补焊，冇的焊缝共至补焊多次。木文对氧管线的损伤状况进行评估，找出引起损伤的原因和预防损伤的措施。1试验材料试验材料为某大型合成氨厂捉供的从气化炉氧管线不同部位截取的管段（包括弯头和焊缝）。氧管线的材质为321合金，直管外径为114.3mm,壁厚为8.56mm。氧管线内的介质为纯氧,其压力为10.13MPa，温度为150*C,管外包冇保温材料。氧管线己运行约16000h。在距入口法兰约5m处向纯氧中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为10.5MPa,

2、温度为314°C。试验材料的化学成分如表1所示。化学成分%cMnSisPCrT.0.05<0^h780.30<0.750.004wOWOO.OD畔0.3017.2317.0-M.O10.9$13.00a静2试验结果2.1去观检查观察表明，轼管线的直管和弯头外表面光滑，仍保持金属光泽，无腐蚀、裂纹等损伤，除个别焊缝可见到多次补焊的痕迹外，It他焊缝均未发现缺陷。直管的外径与壁厚测量结果表明，氧管线经三年运行后，其外径与壁厚无显著变化。管线内壁着色检查结果表明，从蒸汽入口到气化炉氧气入口法兰间的氧管线内壁存在着疏密程度不等的裂纹。无论直管、弯头还是焊缝，裂纹都是以管的轴

3、向为主，裂纹故大轴向长度达60mm,故大密度达到50根/cm2o在所观察到的裂纹中，其径向的最大长度达到壁厚的60%以上，个别焊肉中裂纹的最人径向长度甚至达到焊肉厚度的80%以上。这段管线内壁的个别部位还布满了腐蚀坑。管线无蒸汽经过部分的内表面光滑无腐蚀坑，也未发现任何裂纹。从宏观检查结果可以看出，所有裂纹均出现在蒸汽入口至气化炉氧气入口法兰Z间的管线上，说明裂纹的产生与蒸汽有直接的关系;由于无明显塑性变形，这些裂纹不是由蠕变或过载引起的。2.2显微组织运行氧管线材料的显微组织是由奥氏体和其上少量分布的块状TiC组成，晶粒度为3〜4级，个别管段组织中存在微量铁索体。

4、焊缝的组织为铸态柱状树枝晶组织，由奥氏体和几乎呈网状分布的铁素体组成，组织很细。氧管线和焊缝的组织均为正常组织。2.3内表面腐蚀产物观察表明，氧管线除坑蚀严重部位外，其他部位内表而的锈蚀层很薄，几乎看不出锈蚀的痕迹。X-射线衍射结果表明，管线各部位内表面的腐蚀物主要是尖晶石型氧化物FcsO.o2.4裂纹管线各部位内壁裂纹径向显微形态如图1,这些径向裂纹呈枯树枝状或树根状，裂纹的长度比宽度大儿个数量级，裂纹从根部向尖端越来越细，分支也越来越多，裂纹尖端较锐利，裂纹内壁存在腐蚀产物，上述这些都是应力腐蚀裂纹的典型特征。可见氧管线的损伤是由应力腐蚀引起的。观察发现，管线中

5、的所有裂纹都起源于管内表面而且是穿晶的。穿晶裂纹也是由C厂引起奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的特征之一。图】管线内熬姒径向形态呗管壁的裂纹是三维扩展的，由于三维分支裂纹的相互连接，使得裂纹区一些被分支裂纹包围的小块与氧管线基体脱离而形成空洞（在基体内）或腐蚀坑（在表面）。裂纹内壁的扫描电镜形貌如图2所示。可以看出，裂纹内壁布满了腐蚀物，在腐蚀物少的地方可以见到河流状花纹和二次裂纹，这是典型的应力腐蚀脆性断口特征。m裂坟内壁於扫描电镜形規3$仮1应力腐蚀开裂分析应力腐蚀破坏是指材料在应力和腐蚀的共同作用下而破坏的-•种现彖。应力、介质、材料是应力腐蚀的三大要素。3.1应力分

6、析对于氧管线而言，所承受的主要应力是内压应力，内压在管壁内表面产生的拉应力最大，其计算公式为：周向应力“mP凳（1）轴向应力升二歹牛（2）式中氧符内气体压力；4—舗暂外径；氧営内径。将P=10.13MPa,r<=114.3mm,rn=97.18mm代入⑴、（2）式得a°=63MPa,o’=26.4MPa。可见,管内壁的周向应力值已达ASTM321钢150°C时屈服应力值155.8.Mpa的40%。除内压应力外，还冇焊缝的焊接残余应力、管线装配利运行时产生的弯llll应力等。3.2介质分析引起Cr-Ni奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质是含冇C1的溶液。上述试验结果己经表明，

7、氧管线的应力腐蚀破坏与蒸汽直接冇关。蒸汽屮总是或多或少地含有Cl,而且高温的饱和蒸汽进入低温的氧气中将会发生少量的凝结，使C1停留于管壁并逐渐浓缩，在应力的作用下，便发生应力腐蚀。影响Cr-Ni奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂的最重要的因素是Cl浓度和氧含量。迄今为止，还未发现C1浓度的安全上限。在高温水中，溶解氧对应力腐蚀破裂也起决定性作用。大量试验和实践证实，即使在含C1<0.1X10-6的高温高纯水中，当有溶解氧存在时，也能使C-Ni不锈钢产生应力腐蚀破裂。电子探针分析表明，在应力腐蚀裂纹尖端存在高含量的氧和较高含量的氯，说明氧管线的应力腐蚀破坏是由氯、氧与应力共