专 论 石 油 化Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＆Ｐｒｏｔｅ工ｃｔｉｏｎ 腐 蚀 与 防 护 ｉｎ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２ ０ ｌ ０，２ ７（４） ・３ ７ ・ 常压炉管的裂纹和腐蚀分析 李冬梅 （中国石油锦州石化分公司，辽宁锦州１２１００１） 摘要：通过对常减压炉炉管的材料成分分析、金相检验和能谱分析，确定了焊缝产生裂纹的原因 和炉管内壁产生腐蚀坑的原因，并提出预防产生裂纹的建设性措施。 关键词：常压炉炉管中图分类号：ＴＥ９８５．９ 裂纹腐蚀坑分析 文章编号：１００７—０１５Ｘ｛２０１０）０２—０ｏ３７—０３ 文献标识码：Ａ 某公司一套常减压车间常压炉于１９７５年投入 运行，Ｉ９８７年停止运行，期间运行ｌ２年，检修ｌ２ 次。由于生产需要于２００２年又被重新投入运行至 ２００８年。 该炉辐射室炉管人口的设计压力和温度分别 腐蚀坑，为查明该种炉管的材质是否合格，只进行 常规力学性能的测定，１Ｃｒ５Ｍｏ大口径失效炉管 （Ｄ２１９ ｍｍ×１２ ｍｍ）的常规力学性能全部符合 ＧＢ９９４８—８８的规定要求。 ３ 金相显微组织、晶粒度和夹杂物分析 ３．１金相组织分析 为０．６５～０．７０ ＭＰａ和２９０℃；操作压力和温度分 别为０．６５～０．７０ ＭＰａ和３００℃；辐射室的出口的 设计压力和设计温度分别为０．２０ ＭＰａ和３７０ ｏＣ； 操作压力和操作温度分别为０．２０ ＭＰａ和３６２ ｏＣ。 在运行期间，该炉操作介质主要为中外各油田的混 对１Ｃｒ５Ｍｏ弯管（Ｄ２１９ ｍｍ×１２ ｒｌｒｌ１）材料的基 体母材、焊缝热影响区金相显微组织观察和分析， 母材组织见图１，焊缝组织见图２。 合原油，其中大庆原油始终保持５０％份额。根据 粗略估计，辐射室炉管里流动介质中的酸值一般在 ０．５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下。但在本年度例行检修工作中， 对炉管做水压试验时，查出了数根１Ｃｒ５Ｍｏ（Ｄ２１９ ｍｍ×１２ ｍｍ）炉管的焊缝发生渗漏，经探伤检查确 认，在炉管的环焊缝上存在很多的表面裂纹，并且 外壁裂纹多于内壁。该公司对该炉的不锈钢管段 进行检查后同样也发现了裂纹，但与１ＣｒＳＭｏ炉管 焊缝相比不同之处是内壁裂纹多于外壁。裂纹的 取向几乎皆垂直于焊缝。在１ＣｒＳＭｏ炉管内壁上， 图１弯头母材组织 查出多处星星点点分布的点状腐蚀坑，其尺寸大小 如黄豆粒般，大者可达厘米级，为保证设备安稳长 满优运行，决定对一套常减压炉管１ＣｒＳＭｏ产生裂 纹和腐蚀坑的原因进行研究分析。 １ 炉管材质分析及焊缝成分分析 １Ｃｒ５Ｍｏ的失效炉管材料的成分全部符合 ＧＢ９９４８—８８规定要求，其余元素含量皆满足 ＧＢ１２２０—８４Ｇ规定要求。炉管焊缝采用１８—８焊 丝，炉管焊缝中除ｃｒ元素含量稍高，其余元素皆符 合标准规定要求。 图２焊缝热影响区组织 收稿日期：２００９—１０—２９；修稿日期：２０１０—０５—２７。 作者简介：李冬梅（１９７０一），女，１９９５年毕业于大庆石油学 院，本科学历，工程师，现在中国石油锦州石化公司工程质量 ２失效炉管的常规力学分析 由于只有１Ｃｒ５Ｍｏ炉管中查出了比较严重的 监督站从事质量监督工作。・３８・ 石油化工腐蚀与防护 第２７卷 通过上述金相观察分析，不论是弯头母材还是 焊缝热影响区，其组织皆属正常组织。 ３．２晶粒度和夹杂物分析 晶粒度和夹杂物分析结果见表１。 表１ 常减压炉管晶粒度和夹杂物分析 分析结果表明炉管晶粒度符合ＧＢ—Ｔ６３９４— ２００２（（金属平均晶粒度测定方法》规定材料晶粒度 的要求（６．０～８．０级合格）。 ４裂纹观察和分析 在炉管焊缝区观察到的一组呈平行分布的多 条裂纹形貌，见图３。 图３焊缝中剖面内表面裂纹形态 裂纹皆由炉管焊缝内壁表面起裂，并沿着炉管 半径方向，由炉管内壁表面向外壁扩展。其扩展深 度肉眼观察已近炉管一半壁厚，而实际上更细微的 裂纹长度要比肉眼看到的长得多。在高倍放大镜 下观察，便可看到内表面裂纹起裂处存在着腐蚀 坑，裂纹的分叉存在于裂纹的枝干上和裂纹的尖端 处，见图４。 图４弯管焊缝裂纹的横剖面形态（ｘ １５０） 另外，还可由图４看到炉管焊缝近外壁表面区 域内密集状的网络型裂纹分布。 弯管焊缝横剖面裂纹形态和组织关系见图５。 图５弯管焊缝横剖面的裂纹形态和组织 裂纹全部为晶界分布，组织中没有三角晶界空 洞等高温蠕变的组织特征。裂纹仅是在奥氏体不 锈钢焊缝组织中扩展，并停止于熔合线位置。从裂 纹的剖面形态可以看出，弯管焊缝中裂纹起始于炉 管内表面的腐蚀坑处，裂纹沿晶界扩展，扩展中出 现多处分支裂纹，表现出了比较典型的应力腐蚀裂 纹特征。由于裂纹仅限在焊缝组织区域内扩展，表 明现场工况很可能具备奥氏体不锈钢材料的应力 腐蚀敏感条件，并了解到炉管的原油介质产地不固 定，流动介质中的酸值有时超出０．５ ｍｇＫＯＨ／ｇ的 情况，但超出量也不会太大，因而具备了应力腐蚀 的环境条件，而弯头的材料本身存在很大的焊接残 余应力、材料内部应力和组装应力，因此在焊缝处 发生的裂纹应是应力腐蚀造成的。 ５裂纹的断口观察和分析 １Ｃｒ５Ｍｏ弯管焊缝裂纹开启后的断口形貌见 图６。 图６ １ＣＯＳＭｏ炉管裂纹剖面形态 断口全部呈沿晶状。由于裂纹全部存在于焊 缝区域内，因此断口上表现出来的晶粒组织为柱状 晶形态，断口面上很不规整，多有晶界二次裂纹存 在，裂纹分叉很严重。从断口上还可以看到沿晶状 第４期 李冬梅．常压炉管裂纹和腐蚀分析 形貌仅呈现于焊缝区域内，母材区域的断口则为正 常的韧窝状断口。 越严重。 环烷酸腐蚀有两个高峰值，第一个高峰值出现 在２７０～２８０℃，当温度高于２８０ ｏＣ时，腐蚀速率开 ６ ｌＣｒＳＭｏ弯管腐蚀坑的分析 始下降，但是当温度达到３５０～４００℃时，又出现第 二个高峰。因此说，一套常减压１ＣｒＳＭｏ炉管 （Ｄ２１９ ｍｍ×１２ ｒａｍ）弯头内表面的腐蚀，是由于炉 管内的原料油酸值在某段运行时间内，很可能已达 到或超过了发生环烷酸腐蚀的极限值，并且炉管内 弯管内壁表面上腐蚀坑形貌见图７。 介质温度正是处在环烷酸腐蚀的第二腐蚀高峰值 温度。因此，１Ｃｒ５Ｍｏ炉管内的腐蚀坑完全是由环 烷酸腐蚀造成的。 ７对策及建议 为防止一套常减压炉炉管焊缝区出现应力腐 图７弯管内壁表面上腐蚀坑形貌 蚀裂纹和炉管内壁出现环烷酸腐蚀，除在生产工艺 由图７可以看出腐蚀坑呈密集分布，杂乱无 序，且尺寸大小不一。其中大者，腐蚀坑的直径可 上应采取某些措施（如加强前期工艺流程中的脱 盐、脱水效果以及原料油中添加有效缓蚀剂等） 外，还必须对炉管材料的选择加以妥善的考虑，只 要炉管内原料油介质的流速不超过２５～３０ ｍ／ｓ， 达厘米级；大多数呈半球形状，深度约为腐蚀直径 的一半；腐蚀坑的四周有明显的棱角，表现出典型 的“锐边蚀坑”形貌。腐蚀坑内布满了腐蚀产物， 电子能谱仪ＥＤＳ分析结果表明，在腐蚀产物中除 测定含有铁、铬等元素外，还含有一定量的硫元素。 一则可采用内壁渗铝的碳钢（或低合金钢）来作为一 套常减压炉的炉管材料。这种材料既具有抗氯离 套常减压炉管中原料油介质的酸值，在不同 子或连多硫酸应力腐蚀的能力，又能防止原料油酸 值不太高时可能出现的环烷酸腐蚀。 参考文献 时间内，随原油（混合油）组成来源不同时高时低； 套常压炉辐射室炉管中原料油酸值，在大多数的 运行期内均应小于０．５ ｍｇＫＯＨ／ｇ，但有时高出 ０．５ ｍｇＫＯＨ／ｇ。据许多相关文献…报导说，“当原 一１梁春雷，陈学东，艾志斌，等．环烷酸腐蚀机理及影响因素分析 综述［Ｊ］．压力容器，２００８，２５（５）：３Ｏ一３６ 油中酸值大于或等于０．５ ｍｇＫＯＨ／ｇ时，在一定温 度条件下，便能发生明显的腐蚀，酸值越高，腐蚀便 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｔｏｗｅｒ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｌｉ Ｄｏｎｇｍｅ ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｊｉｎｚｈｏｕ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｊｉｎｚｈｏｕ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ １２１００１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｅｔｌａｌｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（ＥＳＤ）ｏｆ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｏｗｅｒ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｕｂｅｓ，ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｗｅｌｄｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｉｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｕｂｅｓ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｏｗｅｒ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｕｂｅ，ｃｒａｃｋ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｉｔ，ａｎａｌｙｓｉｓ 广告信息 ｕ●０●＜＞●＜＞●０●０●＜＞● 封一封二湖北长江石化设备有限公司 兰州知本化工科技有限公司 封三中国科学院金属研究所 封四上海贵通新材料科技有限公司
