脱砷反应器裂纹成因分析.pdf

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1、第38卷第1期化工机械125脱砷反应器裂纹成因分析李丰。张鲜俊陈雪松(大连市锅炉压力容器检验研究所)摘要通过对脱砷反应器奥氏体不锈钢复合层表面裂纹形成原因的分析。指出了连多硫酸应力腐蚀是导致产生裂纹的主要因素，并提出了改进工艺操作的建议。关键词反应器奥氏体不锈钢裂纹中图分类号TQ052．4文献标识码B文章编号0254-6094(2011)0l-0125-03脱砷反应器是炼油厂催化重整装置中的重要设备之一，脱砷反应器的操作条件为高温、高压，并且具有氢腐蚀介质。高温氢对钢材有强烈的腐蚀性，为了抗高温氧腐蚀，反应器内肇采用不锈钢衬里层，该反应器采用32l材料为

2、复合层。本文对某炼油厂催化重整装置脱砷反应器定期检验中发现的在不锈钢衬里层上的裂纹进行了探讨和分析，有利于加强特种设备的管理和为安全使用工作提供参考。1运行及检验检测情况1．1运行及维护情况调查该反应器于2006年投入使用，投用两年后，由于产量原因停用一年。2009年产品结构调整又要投入使用，投用前进行一次全面检验，检验中发现在反应器下封头拼板缝(复合层焊缝热影响区)内表面存在裂纹。该反应器在投入使用期间运行情况良好，无超温超压现象，且开停车严格按照操作规程进行，停车期间没有充氮保护的相关记录。反应器主要工艺参数为：材料15CrMoR+321工作介质汽油

3、、氢气设计压力2．86MPa工作压力2．6MPa设计温度390℃工作温度370℃1．2渗透检测对反应器内壁所有复合层焊缝100％渗透检测，经渗透检测发现，下封头拼板缝卜热影响区内存在裂纹，长15mm。反应器结构简图及产生裂纹的具体部位见图l。图l结构简图及产生裂纹部位1．3金相分析采用XH-500型现场视频金相仪对裂纹处的母材组织进行金相分析，裂纹位于焊缝金属右侧热影响区上，走向主要是坚沿晶特征(图2)。1．4化学分析及硬度测试由于脱砷反应器复合层设计材料为铬镍奥氏体不锈钢．其有较好抗腐蚀性．化奥氏体小锈钢在特定介质中也容易发生沿晶界的腐蚀。根拂；材料特

4、点，采用SPECTROTEST型移动式直读光谱仪·李丰．男，1976年11月，E．上程师。辽宁省大连市，l16013。126化工机械2011年图2裂纹的微观形貌对裂纹处的母材进行化学成分分析。表1给出了服役状态脱砷反应器复合层母材的化学成分分析结果。分析表明，其化学成分符合设计及相关标准要求。表1化学成分分析结果％CSiMnPSCrHjTi00600731610．020024178890505R对产生裂纹部位母材迸行硬度测试，硬度为HBl72—186，无异常。2综合分析该裂纹走向主要旱沿晶特征，其宏观特点为：a．腐蚀区呈树枝状裂纹，而其它部位腐蚀非常轻微

5、，仍保持金属光泽，腐蚀就发生在裂纹的前端；b．该裂纹有一条发展的主干，这条主干与拉应力的方向垂直。由裂纹形态及金相组织观察分析，裂纹性质初步确认为应力腐蚀裂纹，产生应力腐蚀裂纹主要有3个条件：a．必须有应力，特别是拉应力。拉应力愈大，则断裂所需时间越短，且引起应力腐蚀断裂的拉应力在绝大多数情况是低于材料的屈服强度。b．金属本身对应力腐蚀的敏感性。c．特定的腐蚀介质。一般认为纯金属是不会发生应力腐蚀的，含有杂质的金属或者合金才可能发生应力腐蚀。除了应力条件外，金属和介质应该作为一个统一条件来考虑。不能认为发生应力腐蚀的金属在一切介质中都会产生应力腐蚀断裂；

6、同样也不能认为某种金属发生应力腐蚀断裂的介质会使一切敏感金属在其中发生应力腐蚀断裂。敏感金属与特征介质在一定的组合条件下才有应力腐蚀现象发生。除此之外，产生应力腐蚀还有一些其它的附加条件，例如：一定的应变速率、一定的电极电位、一定的温度等。但是拉应力、敏感金属、特征介质是发生应力腐蚀的3个最基本的必要条件。该反应器复合层为奥氏体不锈钢，金属本身对应力腐蚀具有一定的敏感性，而裂纹产生于封头拼板缝附近的热影响区，其焊接残余应力和封头压制产生的残余应力能成为应力腐蚀的应力来源。有关资料¨1表明连多硫酸对奥氏体不锈钢是特征介质，能引起连多硫酸应力腐蚀裂纹。由于设

7、备处于高温和含有H：的环境中，因而在设备运行期间，内表面会生成FeS，当设备停车冷却到事温时，FeS与水和空气相接触并反应生成连多硫酸。产生连多硫酸应力腐蚀裂纹，往往与奥氏体不锈钢的晶间腐蚀密切相关。这种腐蚀首先是引起连多硫酸晶间腐蚀，接着引起连多硫酸应力腐蚀裂纹。在形貌上，连多硫酸应力腐蚀往往是晶间型的。连多硫酸应力腐蚀裂纹是在停工和检修期间发生的，正常操作期间不会发生。奥氏体不锈钢特别是经过焊接或者在430—815℃区域附近“敏化”过的材料最易发生。奥氏体不锈钢在运行中与介质中的H：作用，在表面生成FeS，当停工检修时系统温度降低，打开设备，设备表面

8、与大气中的氧和水分接触生成连多硫酸，即：FeS+H20+02一H2S。06(写=