焦化加热炉辐射炉管腐蚀失效分析.docx

焦化加热炉辐射炉管腐蚀失效分析-1--4-焦化加热炉辐射炉管腐蚀失效分析应用扫描电子显微镜、能谱分折以及X射线衍射仪对焦化加热炉辐射炉管的高温腐蚀产物外貌特征腐蚀物成分以及物相进行了分析结果表明由于炉膛操作温度过高且燃料中含硫Cr5Mo炉管不但发生高温氧化腐蚀还发生高温硫腐蚀使加热炉辐射炉管破坏加巨最终导致炉管失效同时提出了预防措施。Cr5Mo钢具备良好的抗腐蚀性能和适中的高温机械性能是石油化工设备常用的金属材料。玉门油田炼化总厂焦化车间使用这种材料制成的焦化加热炉辐射炉管投入后2022年至2022年在短短3年中却发生了严重的腐蚀其中2022年大检测、修理针对辐射炉管腐蚀严重的15根炉管进行更换2022年大检测、修理炉管腐蚀严重的12根炉管进行更换表面腐蚀产物一层层剥落。有些部位严重减薄。本研究工作针对这一现象对辐射炉管使用环境及其腐蚀产物的形貌、成分、物相进行分析旨在找出腐蚀失效的原因及改善措施。腐蚀产物检测高温腐蚀产物外貌特征宏观可见腐蚀产物极易呈片状剥落片状物大小不一新剥落的腐蚀片外表呈暗红色凹凸不平内表面呈光滑沥青状观察腐蚀片的截面有层状结构。扫描电子显微镜形貌观察用扫描电子显微镜观察片状腐蚀产物的截面。上部为腐蚀片的外层此部位的腐蚀物组织疏松不连续；下部是腐蚀片的内层即靠近基体的部位此处的组织相对细密；内外层之间有一中间层此层组织的紧密程度介于内外层之间在外层与中间层交界处中间层与内层交界处分别观察到断断续续的裂纹。利用扫描电子显微镜分析可以更宏观判断焦化加热炉辐射炉管腐蚀产物组织结构焦化加热炉辐射炉管外壁温度为742℃左右超过了Cr5Mo钢的适宜温度故发生高温氧化腐蚀。长期超温运转所造成损伤的程度依次为氧化、渗碳及组织变化；壁厚减薄程度是评价管能否继续使用的首要依据。能谱分析对剥落片截面进行扫描电镜的能谱分析在截面的不同部位均可检测出Fe、S、Na、Cr、Si、Mg等元素．不同部位其元素的相对质量不相同。从外层到内层硫化物的含量渐渐依次递减S含量由33.34％下降到9％再减为2.5％。在内表面呈光滑沥青状的部位测定Fe、C、S3种元素的质量百分含量分别是32.13％、0.16％和1.60％。由于燃烧高压瓦斯气燃烧产物使炉内硫化氢分压变高还发硫化氯腐蚀且硫化速度比氧化速度要大几数量级所以Cr5Mo辐射炉管在短时间内出现严重腐蚀随着腐蚀进行辐射蚀产物变厚腐蚀膜的内应增大尤其是硫化物生长产生的应力比氧化物生长产生的应力大许多在应力作用下腐蚀呈层状剥落的形式。X射线衍射物相分析。剥落片的X射线衍射物相分析表明片的主要物相是Fe304、Fe203、FeS2。从X射线衍射物相分析表明：降低燃料气中的硫化物是提高加热炉炉管使用期限的关键因素。腐蚀类型及原因分析对焦化加热炉工作条件进行测定管内的渣油入口温度370℃出口温度变为491±1℃炉膛温度约742℃。炉膛燃烧的高压瓦斯高压瓦斯内含多种形式的硫化物。综合以上检测结果可以知道剥落的片状物包括内表面呈光滑沥青状的部位都炉管腐蚀的产物而不是燃烧的垢物腐蚀物的物相基本是氯化物和硫化物炉管发生了高温氧腐蚀和硫腐蚀。炉管发生腐蚀的原因有二：第一个是操作温度过高。根据现场测定炉膛温度达到了700℃以上甚至有的部位达到800℃．而Cr5Mo钢适宜温度为650℃以下。材料在高温工作中造成严重的氧腐蚀。第二个是燃料高压瓦斯气含硫、硫醇、硫化物、硫化氢等物质各种硫化物尤其是硫化氢对钢村的腐蚀性比氧的腐蚀性更强。如下表1为焦化加热炉烟气含量表：表1腐蚀物层状剥落的原因：随着腐蚀速度加快腐蚀产物变厚腐蚀膜的内应力增大以致出现开裂当内应力足够大时即形成片状剥落。当炉膛的温度大于Cr5Mo钢的适宜温度时。辐射炉管的抗氧化性降低若周围环境的硫化氢含量尚不很高环境气氛将以氧分压为主这时发生氧腐蚀为主的高温氧化氧化过程当中材料中的Cr与氧形成的氧化膜存一定的致密性对腐蚀发展速度有一定阻挡作用随着高压瓦斯气不断燃烧燃烧产物之一的硫化氢浓度也不断升高气体介质中除了氧还含硫化氢硫化氧分压导致的腐蚀会超过由氧分压导致的腐蚀此时辐射炉管将以硫化腐蚀为主与氧化相比高温硫化腐蚀与氧化腐蚀有许多类同。但一般金属的硫化腐蚀速度比氧化腐蚀速度要大几个数量级且硫化物生长产生的应力比氧化物生长产生的应力大许多硫化物层容易破裂和剥落对腐蚀发展完全丧失阻挡作用导致辐射炉管破坏加速。严格按照《焦化加热炉操作章程》进行操作尽量保证操作时温度的稳定和原料渣油流速的平稳；定期检查辐射炉变化和壁厚度掌握积碳情况及时继修及更换。定期测定加热炉辐射室炉管外壁的温度同时增加管内温度测控点通过热电偶进温度控制。对加热辐射炉管进行材料升级Cr5Mo钢适宜温度为650℃以下Cr9Mo钢适宜温度为700℃～800℃。而焦化加热炉最高温度正好在70