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不锈钢设备的腐蚀开裂和预防

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-30  浏览次数:31 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网小编获悉:工作真空度为与镀膜工艺相同的0.1 1气压/下的离子束I流密在化学热处理与镀膜复合技术中,渗氮与PVD复

  中华不锈钢网小编获悉:工作真空度为与镀膜工艺相同的0.1 1气压/下的离子束I流密在化学热处理与镀膜复合技术中,渗氮与PVD复合技术在提高工件表面硬度和改善膜基结合力等方面都具有很大的潜力。离子镀以其高离化率、高沉积速率而用于制备超硬膜层,在不锈钢、高速钢基体上制备TiC和TiN硬质膜早已得到广泛应用。实际中,具有很高的硬度和化学稳定性的TiN和TiC膜沉积在不锈钢工模具钢上,其优良的耐磨、耐蚀性能能否得到充分发挥,很大程度上取决于力学抗力和膜基结合力状况。镀膜前先进行离子渗氮,不仅可使膜层的抗变形能力提高,而且由于膜层下形成了一个较平稳的硬度过渡区,可使膜层到基体的应力分布连续性较好,因此相对于未渗氮工件可以提高膜基结合力和膜层的力学抗力。
  
  加氢反应产物与柴油换热器的不铸钢管束硫化铵、氯化铵垢下腐蚀以及加氢反应器内部泡罩脆性应力开裂的相关机理,并结合装置的实际生产情况从工艺控制和设备正确选材两方面提出了预防措施。
  
  条直线上。蚀孔成为断裂源碰阶形开裂,Pubu任从事生产管理工工作tsreserved.中国石化股份有限公司天津分公司加氢精制装置设计能力为400kt/a以焦化汽柴油为主要原料,采用中压加氢工艺,操作压力为7. 06MPa.装置自1997年投入生产运行,几年来曾多次出现不锈钢设备腐蚀开裂,严重困扰着装置的安全生产。因此,正确认识加氢装置不锈钢设备腐蚀开裂的机理,采取切实有效的预防措施,加强对不锈钢设备的维护管理,对保证装置的安全、平稳、长周期运行具有重要意义。
  
  下面结合实例对几种不同的不锈钢设备腐蚀开裂原因加以分析、探讨。
  
  1高分接管的连多硫酸应力腐蚀开裂1998年7月装置在首次停工检修后的再次开工过程中,气密检查时发现高压气液分离器(简称高分)沉筒液面计的不锈钢连接管出现了多处贯穿性裂纹,对裂纹进行分析判定为奥氏体不锈钢的连多硫酸应力腐蚀开裂。
  
  1.1宏观检查接管的裂纹最长达66mm,且都为贯穿性裂纹。
  
  管壁内表面1/3的部位有蚀孔,焊缝附近的蚀孔相当密集,并且残存少量深棕色产物,裂纹边缘也有一些蚀孔。断口呈台阶状,未发生塑性变形,说明它属多源性脆性断裂。
  
  1.2微观检查在扫描电镜下观察裂纹呈沿晶腐蚀断裂,裂纹从内壁蚀孔开始向外扩展。由于蚀孔分布不在一当这些裂纹连通后就形成了穿透性裂纹。
  
  1.3腐蚀产物分析用扫描电镜和能谱仪全面地检测断口蚀孔及内壁上的腐蚀产物形貌和化学成分,结果显示含有大量的氧化物及硫化物,其中硫含量约4% ~10%,不含氯。可见硫氧腐蚀是导致孔蚀的最主要原因。
  
  1.4开裂原因分析综上所述,由于裂纹的断裂形式为沿晶型断裂,而非穿晶型断裂,且腐蚀产物中含有大量的氧化物及硫化物,未发现氯离子的存在,由此可以确定高分接管的腐蚀开裂为连多硫酸应力腐蚀开裂。1.5连多硫酸腐蚀开裂形成的过程由于在加氢精制的生产过程中,介质中富含硫化氢等活性硫,它们与设备表面的金属铁发生化学反应生成FeS.这些FeS在设备表面形成一层致密的膜,这层膜对设备起到一定的保护作用,阻止了设备表面的进一步腐蚀。但是,当装置处于停工、蒸汽吹扫并打开设备后,含有大量2和水分的空气涌入设备,工程系。现为中石化股份公司天津分公司联合二车间副主设备表面的FeS便与空气中的2和水分发生反应,生成连多硫酸混合液(H2Sx6,X=3,4,5),反应式如下:在停工过程中生成的连多硫酸沉积在高分接管的内表面,使不锈钢内壁产生腐蚀,特别在晶界杂质偏聚,碳化物沉淀是产生点蚀的敏感部位,当晶粒周围被腐蚀后,晶粒和沉淀相就会逐个脱落产生蚀坑,这些蚀坑本身就会引起应力集中而萌生裂纹,加之接管在施工焊接过程中产生的残余应力,必然加大了应力的集中程度,在应力的作用下裂纹沿径向、周向扩展而穿透了整个管壁。
  
  1.6对策及预防措施根据应力腐蚀的三要素:应力、特定的腐蚀介质和特定的金属材质。综合上面的分析结果,针对加氢装置不锈钢设备的连多硫酸腐蚀开裂,装置主要采取了以下措施:选用适宜的不锈钢材料:对于奥氏体不锈钢材料,在腐蚀性较强的环境中,一般需要较高的含铬量(\18%),并通过向钢中加入稳定化的元素钛或铌,或者通过降低钢中的碳含量,以提高不锈钢材料的抗敏化及抗晶间腐蚀能力。
  
  中华不锈钢网小编获悉:实验证明,含有稳定化钛元素的321不锈钢的抗连多硫酸的腐蚀性能强于不含钛的302不锈钢,而超低碳的347L则更具有良好的抗连多硫酸腐蚀能力。因此,高分的接管在改造中由321代替原302材料,提高了接管的抗腐蚀能力。
  
  降低设备的残余应力:高分接管的弯头原为锻制弯头,由于内部加工成直角过渡,而成为了应力集中源。现更换为热推制高压弯头,消除了设备本体制造过程中的应力集中。同时在接管上增加管托,减少了安装过程中由于变形造成的外部拉伸应力。
  
  防止设备中连多硫酸的生成:连多硫酸主良好的防腐蚀效果。这种方法简单易操作,多次在装置的实际生产过程中应用,效果显著。
  
  对于停工期间需要打开的设备和管线,中和清洗对连多硫酸的应力腐蚀可起到有效的预防作用。中和清洗液一般用2%左右的Na2C3,NaN3,0.05%的表面活性剂,在40~70°C软化水中配制而成。不锈钢设备通过在中和液中浸泡8小时,然后用软化水冲洗,最后用干燥氮气吹扫,可起到良好的防腐蚀效果。
  
  2002年加氢精制装置在首次全面停工检修过程中,分别对反应器内表面,加热炉管外表面、高压换热器等不锈钢设备进行了中和清洗,检修中未再发生腐蚀开裂现象。
  
  2高压换热器铵盐垢下腐蚀2002年在装置的检修中发现,反应产物与柴油的换热器(E-102/4)的不锈钢管束出现严重腐蚀减薄。管束不得不临时进行截短,并重新焊接热处理。
  
  2.1外观检查要是设备中的硫化亚铁和空气中的水和氧气反应2.2主要生产操作条件生成的,因此在装置停工的过程中,对不必要检修E- 102/4的主要生产操作条件见表1,反应产的系统,通过充入氮气保护、并保持压力不小于0.物含硫污水采样分析如表2. 1,可有效地隔绝停工后湿空气进入设备换热器E-102/4打开浮头后发现在管程的下半部分堵塞有大量的垢污,通过高压水对管束内部和管板表面垢污清除后,发现管板与管束的角焊缝已全部腐蚀,自管板向内300mm的管头已腐蚀减薄,管头最薄处不足0. 5mm(原管束壁厚为2mm),而其上半管程未发生腐蚀,E-102/4换热器不锈钢管束腐蚀情况见。
  
  E-102/4主要参数部位管程壳程材质0Cr18Ni10Ti16MnR介质汽柴油,H2,NH3,H2S,d-柴油温度/入口14030出口110100表2含硫污水采样分析mg/LS2-NH3Cl-Fe2+挥发酚pH值22443360 2.3腐蚀原因分析102/4管束的入口和出口管板的情况可以看出,腐蚀部位全部发生在垢污覆盖下的管束出口和管板表面。而无油污的管束入口及管板表面光滑,无任何腐蚀。根据反应产物的采样分析,可判定E- 102/4管束出口及管板焊缝腐蚀为铵盐结晶的垢下腐蚀。
  
  2.4垢下腐蚀形成的过程加氢精制原料油中的S,N,O及有机氯等化合物,在加氢催化剂的作用下,分别反应分解生成H2S,NH3,H2和HCl.随着换热温度的逐步下降,当在E- 102/4的出口温度达到100°C左右时,生成的H2O开始冷凝,并开始有部分H2S,NH3和HCl溶于水中,反应生成氯化铵和硫化铵。
  
  氯化铵和硫化铵由于不溶于烃类,易在设备的表面沉积结垢。硫化铵无腐蚀性,但氯化铵在有H2S存在,100°C左右的环境中,则会引起严重的垢下腐蚀。反应方程式如下:一般来说,装置针对铵盐结垢的问题通常采取设备注水的方法解决。由于铵盐易溶于水,通过注水的稀释和洗涤作用可有效防止垢物的沉积。降低设备的腐蚀。
  
  3加氢反应器泡罩开裂 发现反应器分配盘上的泡罩开裂。该泡罩材质为0Cr18Ni9Ti,直径120nm,壁厚3高132mm,沿圆周均布6个长62mm,宽6mm的槽。
  
  3.1外观检验泡罩沿轴向多处开裂,并伴有径向的张开,最长裂纹超过110mm,―部分从底部向上开裂;另一部分从槽的顶部向上开裂。泡罩的表面未见减薄及腐蚀 。
  
  3.2化学成分分析开裂泡罩材质分析及硬度测试结果见表3和表4.表3泡罩化学成分分析(X)%元素泡罩元素泡罩表4泡罩硬度测试(HB)部位泡罩从上表中可以看出泡罩的化学成分符合材质要求,但是硬度却超高。
  
  3.3金相分析为泡罩金相分析 。
  
  由可以看出,泡罩的金相组织为非奥氏体组织。并且通过对泡罩进行磁性实验,证明该泡罩具有较大的磁性。
  
  3.4失效分析及预防措施0Cr18Ni9Ti不锈钢的冷加工性能非常良好,但同时具有冷作硬化的倾向,所以在进行大变形量的加工后通常应进行固溶处理,以消除加工时产生的应力及形变马氏体组织。根据泡罩硬度值、磁性和金相组织等分析,可以判断该泡罩是在冲压后未进行固溶处理,使得泡罩存在较大应力,组织转化为形变马氏体组织,脆性加大,在使用过程中因振动等因素导致泡罩开裂。
  
  中华不锈钢网小编获悉:泡罩在进行冲压加工后,应进行固溶处理及稳定化处理,以得到正常的奥氏体组织。在使用前应进行金相检验确定其组织是否正常,严把质量关。

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