乙二醇蒸发塔裂纹分析

第28卷第4期腐蚀与防护Vol. 28 No 42007年4月corrosion & protectionApril 2007乙二醇蒸发塔裂纹分析马红杰,黄新泉,陆萍,崔轲龙中国石油独山子石化公司研究院,独山子833600摘要:通过裂纹宏微观形貌分析、腐蚀介质分析、对蒸发塔制造过程质量分析等,证实了独山子石化乙二醇蒸发塔的裂纹属晶间型应力腐蚀裂纹。采用涂料防护、贴补衬里防护等措施进行了修复,有效地阻断了裂纹的再生,关键词:乙二醇蒸发塔;腐蚀;裂纹;修复中图分类号:TG172.9文献标识码:B文章编号:1005-748X(2007)04-0211-03CRACK ANALYSIS OF GLYCOL EVAPORATORSMA Hong-jie, HUANG Xin-quan, LU Ping, CUI Ke-longResearch Institute of PetroChina Dushanzi Petrochemical Company, Dushanzi 833600, China)Abstract: By the analyses of corrosive medium and manufacturing process quality, the cracks of glycol evaporatorsin Dushanzi Petrochemical Company have been confirmed to be intergranular corrosion cracks. Using coating andliner to prevent the cracks from rebirth is effectiveKey words: Glycol evaporator; Corrosion; Crack; R1情况概述独石化公司乙二醇车间采用美国SD公司的直接氧化法生产乙二醇,原规模为年产4×104t/a乙二醇,2002年扩能改造为5×10t/a。乙二醇蒸发塔初期建设时塔体采用20g(美囯钢号),塔內构件采用oCr13。1995年8月投料试车,1996年蒸发塔图1T-531顶裂纹分布系统岀现腐蚀。1998年对乙二醇蒸发塔T-534进行了更换,塔体采用00Cr19Ni11(304L)。1999年2原因分析蒸发塔系统开始频繁岀现腐蚀穿孔。这期间采用了1宏微观分析整体喷铝、喷不锈钢、易冲刷部位涂刷“得富康”涂料为了查清乙二醇装置不锈钢设备裂纹产生的原等防腐蚀措施,但都没有获得满意的效果。因,我们对现场设备取样,并进行了金相和裂纹微观2000年对乙二醇蒸发塔T-531、T-532、T-533进组织形貌观察。图2是1-533中部法兰产生的裂行了更换,塔体采用0Crl8Ni。2002年、2003年乙烯纹图3是其金相组织。检修时,连续发现蒸发塔T-531、T-532、T-533的上下结合图1、图2、图3,宏观上看,裂纹产生于封封头与筒体连接旳环焊缝热影响区有纵向密集的微头、法兰侧焊缝热影响区,且垂直于焊缝定向分布裂纹存在。其中,以T531塔上的微裂纹最为严重,均起自不锈钢表面且分布具有明显的局部性;在微如图1所示。T533较轻,而使用0r19Ni11(304L)观上,金相组织呈单相奥氏体组织,裂纹呈沿晶与穿不锈钢制造的T534未见裂纹。从图1可以看出,晶混合式扩展,主裂纹以沿晶扩展为主。裂纹附近T531的大部分裂纹都有规律的产生于封头侧焊缝未见中国煤化工度较小,扩展较深,既影响区且垂直于焊缝可采用打磨堆焊的方法进行有主CNMHG的二次裂纹,裂纹尖端消除,但却无法完全控制裂纹的再生。较锐利。以上情况表明材料存在焊接和结构上的局部应力集中,裂纹定向排列表明其具有应力腐蚀裂收稿日期:2005-05-09;修订日期:2006-06-21纹性质。马红杰等:乙二醇蒸发塔裂纹分析2.3制造过程质量分析从蒸发塔的制造过程去分析0Cr18Ni9(304)不锈钢蒸发塔裂纹的原因国内的封头制造多采用旋压或冲压等冷加工方式成型。此次裂纹的部位处于封头的折边(或附近)部位,其变形量远大于筒体卷制过程中产生的变形以及封头其它部位的变形。对于0Cr18Ni9之类的图2T-533中部法兰裂纹奥氏体不锈钢,较大的塑性变形会导致其亚结构细化,可促使钢中不稳定的奥氏体相形成位错型脆性相马氏体形态组织,如图4、图5、图6所示。图3T-533中部法兰微观组织200×对此情况,我们曾经调研了扬子石化乙二醇T530蒸发塔的(材质、工作条件与独山子乙二醇T531蒸发塔相同)裂纹情况,扬子石化蒸发塔和独山图4正常奥氏体组织子石化蒸发塔裂纹在宏观以及微观上都具有相似性:宏观上裂纹产生于变形大、易敏化的焊缝热影响区,垂直于焊缝,纵向有规律分布;微观上主裂纹表现为沿晶走向。设备开裂由晶间应力腐蚀所引起。2.2腐蚀环境分析由于蒸发塔物料中含有少量二氧化碳、乙醛、有机酸及溶解氧等腐蚀性介质,虽然物料在进入蒸发图5拉应力致塑性变形后的组织系统前已经采取脱除措施,但因工艺的波动,不可避免地残留有少量腐蚀性介质。乙二醇裝置U-5504∴(阴离子床,主要给蒸发塔系统提供回流水)进水pH值的变化情况可以看出,工艺水pH值(pH3.24.3)平均为3.83,呈弱酸性。同时,2002年10月到2005年10月的腐蚀监测挂片数据表明,乙二醇称的、蒸发塔系统对20以上碳钢材质设备存在均匀腐蚀,平均腐蚀速率约0.2mm/a,而对18-8以上的不图6压应力致塑性变形后的组织锈钢腐蚀速率仅约0.003mm/a。由图5、图6可见,马氏体呈板条状,存在大量进一步进行了现场监测。2004年7月,在T-位错,密度较高,呈不均匀分布,变形组织中有形变531和D532的旁路釜里分别挂了U型应力试片。孪晶出现,呈双晶带分布,碳化物在孪晶与晶界处聚2005年10月,取出试片在放大镜下观察,未见有类集。由于亚结构以及碳含量偏低的特点,局部不均似裂纹出现;另外,2003年10月,在D532旁路釜匀的形变硬化导致晶界承受切应力水平降低.裂纹内挂了0Crl8Ni9(304)和o0Crl9Nil(304L)两种敏感度增加应力、带焊缝的试片,截至2005年10月,取出应力试片进行着色观察,也未发现明显裂纹,这说明尽管残余H中国煤化工成折边处产生较大的CNMH这种残余应力较小蒸发塔系统确存在明显的腐蚀环境,为晶间应力腐ˆCr18Ni9(304)在冷作以及低于850℃的带温加工蚀的发生提供了必要的腐蚀条件,但腐蚀环境并不制造时,随变形量的增大,会产生很大的残余应力是蒸发塔出现裂纹的唯一原因。当变形量达到20%时,σ。会上升一倍左右。形变硬212马红杰等:乙二醇蒸发塔裂纹分析化带来的直接影响就是应力腐蚀危害。因而,折边时间,快速冷却,氩弧焊,贴补钢板尽可能薄等措施处的冲压形成的残余应力应当是该腐蚀体系的主要另外,对贴补用0Cr18Ni9材质应进行严格检验应力源之2005年10月打开T-531、T-532、T-533进行检2.4结论验,结果为(1)乙二醇蒸发塔的裂纹属晶间应力腐蚀裂(1)T-531、T-532贴补板材与筒体的焊缝处未纹出现裂纹(2)乙二醇蒸发塔存在明显腐蚀环境,主要腐(2)贴补板母材上未出现裂纹蚀介质是溶解于乙二醇水溶液中的酸性物质(3)对打开部分贴补板材进行抽查,未见封头3)乙二醇蒸发塔存在明显制造质量问题,焊与筒体的环焊缝热影响区岀现裂纹。贴补效果见接缺陷和封头冲压过程中产生敏化是产生这种晶间图7型应力腐蚀裂纹的主要原因3防护措施依据以上分析结果,在目前条件下,隔绝腐蚀介质是避免这种晶间应力腐蚀裂纹产生的简单、有效方法。隔绝腐蚀介质通常有两种方法,一是采用涂料防护,二是进行贴板衬里图7贴补板着色检查情况3.1涂料防护对T-531、T-532、T-533上封头与筒体的环焊对T531.1532.73用“得富康”涂料进缝,及T531从下住上数第四条环焊缝(200年发行了处理,温度较低的T-533效果较好,而在温度现裂纹后贴补)进行射线检查,发现部分焊缝上仍存较高部位,如T531、T-532,涂料明显变色,甚至脱在埋藏裂纹,与2004年射线检查结果进行对比未见落,说明涂料防护不适用于T-531、T-532的腐蚀环明显发展,定义为死缺陷,说明采用本课题提出的修境。2004年7月,继续用“得富康”涂料对蒸发塔系统低温设备(T-533、D534)内部焊缝进行涂装防复措施阻止了裂纹的继续发展,对延长设备使用寿命起到一定作用。护。2005年10月,对用“得富康”涂料涂装防护的I-53焊缝进行100%着色探伤,均未见裂纹,说明4建议使用“得富康”涂料起到了很好的防护作用(1)鉴于T-531制造缺陷较多,建议对T-5313.2贴补防护未贴补的其它环焊缝继续进行贴补在裂纹处进行同类材质贴补也是经济而有效的(2)加强对乙二醇蒸发系统304(0Cr18Ni9)材方法。主要理由是:①在目前条件下,不可能对蒸质设备焊缝的监测,对出现晶间型应力腐蚀裂纹的发塔进行固溶处理;②从工艺上很难控制腐蚀介部位,视使用环境温度高低,采用涂料或贴补等防护质;③改善蒸发塔腐蚀环境目前也不可行;④涂料防腐不适合高温部位。⑤试验和现场监测数据表措施。明,0Cr18Ni9在不敏化情况下不会产生晶间应力腐参考文献蚀裂纹;⑥材料来源和使用方便的考虑[1]肖继美.不锈钢的金属学问题[M].北京:冶金工业为防止焊接过程中出现的敏化,采取缩短焊接出版社,1985欢迎订阅欢迎投稿中国煤化CNMH證广告