油浆蒸汽发生器壳体开裂原因分析及防止措施[1].pdf

设备失效分析石Petro油chem化ical工Corr腐osion蚀and与Pmt防ectio护n油浆蒸汽发生器壳体开裂原因分析及防止措施张明广张立华(中国石化沧州炼油厂，河北沧州061000)摘要：利用失效分析的方法，分析了沧州炼油厂催化油浆蒸汽发生器壳体开裂的原因，得出壳体开裂是由焊～。。于硫的应力腐蚀造成的结论，并提出了壳体制造时要进行焊后消除应力热处理的预防措施。执，l关键词：油浆蒸汽发生器壳体SSCC开裂区一中国石化股份有限公司沧州分公司的重油催油浆蒸发器简体开裂严重影响了设备安全运化油浆蒸发器H207于1987年5月建成，8月投用。行。为此，从H207油浆蒸发器壳体割取一块长约H207油浆蒸发器公称直径为700ram，简体壁厚300mm、宽约150mm含纵焊缝及焊缝裂纹的试块进15mm，简体材料为16MnR。操作压力和温度：壳程行分析，以便找到开裂原因，提出预防措施。1．3MPa，150℃；管程1．2MPa，300℃。介质：壳程为蒸汽和水，管程为催化油浆。1999年3月油浆蒸1化学成分分析发器简体出现裂纹，经补焊处理，运行二个月后筒体环焊缝及纵焊缝又出现多处裂纹，1999年8月对母材和焊缝的化学成分进行分析，结果见表H207油浆蒸发器进行了整体更换，1999年l0月更换的油浆蒸发器又发生开裂。表1化学成分分析(质量分数)％注：*总莺≤1．75％。分析结果表明，油浆蒸发器壳体材料符合GB6654—1996~压力容器钢板》标准对16MnR钢板的成分要求，焊缝成分符合~／T4709—2ooo<<钢制压力200；容器焊接规程》中16MnR推荐使用焊条的成分150(GB／T5l17—1995)。1002硬度测试5O5l0取焊缝横截面样，对H207油浆蒸发器母材、距内壁距离一-_0焊缝和热影响区的硬度进行测定，结果见表2。图1焊缝沿壁厚的硬度分布取焊缝纵截面样，沿壁厚对焊缝的硬度分布进行测试，结果见图1。收稿日期：2002—02—12表2硬度测试结果作者简介：张明广，男，1969年出生，1991年毕业于抚顺石部位母材油学院机械制造专业，2O02年获华东理工大学工程硕士学更度／Hv17l174位。一直从事石油化工设备检修、安装的技术工作。现任166沧州炼油厂渤海石化工程公司技术部主任，工程师第4期张明广等．油浆蒸汽发生器壳体开裂原因分析及防止措施29‘测试结果表明，焊缝及热影响区的硬度高于母图5材。从焊缝硬度沿壁厚分布曲线可见，焊缝内壁处的硬度最高，超过Hv200。3裂纹宏观检验及金相检验观察焊缝的横截面，可见焊缝纵向裂纹，见图2。图3为焊缝热影响区及焊缝的金相组织。图4起源于内壁的焊缝横向裂纹图2起源于内壁的焊缝纵向裂纹图5断口扫描电镜从图5可见内壁裂纹源处的形貌。由于断面附着腐蚀产物，影响_『断口形貌的分析，但仍可看出沿晶断裂的形貌特征。能谱分析显示，断口腐蚀产物中含有一定量的硫、氧等元素，腐蚀产物主要是铁的氧化物和硫化图3焊缝的金相组织物(见图6)。由图2可见，裂纹起源于内壁，部分裂纹有分叉，并呈穿晶和沿晶的混晶扩展形态。5断口处结晶物的x射线衍射结构分析由图3可见，过热区晶粒粗大，组织为铁素体、珠光体和贝氏体，并生成大量针状魏氏组织。对断口处黄褐色结晶物的结构进行X射线衍观测焊缝纵截面，可见起源于内壁的焊缝横向射分析，结果显示，其中含有FeS等化合物。裂纹和很多微裂纹，有些裂纹起源于内表面腐蚀坑(见图4)，裂纹有分叉，并呈沿铁素体晶界扩展为6油浆蒸发器开裂原因分析主的混晶扩展形态。金相检验表明，裂纹均起源于内壁，呈以沿晶扩展为主的混晶扩展形态，裂纹附裂纹的金相形态表明，裂纹均起始于筒体内壁近无明显的塑性变形，具有应力腐蚀裂纹的特焊缝，呈以沿晶为主的裂纹扩展形态，部分裂纹有征[Il分叉，裂纹附近无明显塑性变形，具有应力腐蚀裂纹特征。4断口扫描电镜及能谱分析金属的应力腐蚀是在应力和特定的腐蚀环境共同作用下发生的，焊接过程的残余应力和工作应将一穿透裂纹及一小裂纹的裂纹面打开，清洗力是造成油浆蒸发器产生应力腐蚀的力学因素2。后在扫描电镜下观察裂纹面的断口形貌，结果见·3O·石油化工腐蚀与防护第19卷中含有硫。kV：d00rJ1t300Idkt200lhlI～‘x⋯’s167I407结论及预防措施H2o7油浆蒸发器筒体焊缝开裂是硫化物应力腐蚀造成的。硫化物应力腐蚀与焊缝和热影响区的硬度有关，硬度高容易产生应力腐蚀。因此，焊后应进行热处理，消除焊接残余应力并降低焊缝和热影响区的硬度，满足HB小于200的要求[1j。盐．八参考文献图6腐蚀产物能谱分析结果l左景伊．应力腐蚀破裂．第一版．西安：西安交通大学出版社，l985一种材料，只有在特定的腐蚀介质中才会发生2陈匡民．过程装备腐蚀与防腐．第一版．北京：化学J：,Ik出版社．应力腐蚀。断