裂解炉文丘里压力表引压管断裂原因分析

胡显驰，张翠翠，魏志刚，单 勇

（1.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001；2.中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司，辽宁抚顺 113008）

裂解炉文丘里压力表引压管断裂原因分析

胡显驰1，张翠翠1，魏志刚2，单 勇2

（1.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001；2.中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司，辽宁抚顺 113008）

描述了乙烯装置裂解炉文丘里引压管出现断裂的特征，并对出现断裂的原因进行了分析，制定了针对性的检修措施，并提出了改进建议。

奥氏体不锈钢；晶间腐蚀；应力腐蚀开裂

某化工厂80万t/a乙烯装置采用的是美国斯通韦伯斯特（S&W）公司的专利技术，年操作时间为8 000h，装置的操作弹性是60%～110%；

乙烯装置主要由裂解、急冷、压缩、冷分离、热分离、制冷、等单元组成。裂解炉为USC型管式裂解炉；急冷油塔、急冷水塔、碱洗塔采用S&W的波纹塔盘；裂解气压缩采用五段压缩，分离系统采用双塔前脱丙烷、前加氢、低压乙烯塔与乙烯压缩机构成开式热泵、深冷分离采用了S&W公司最新的专利技术HRS（热集成精馏系统）等先进的工艺技术；运行安全可靠，投资低，能耗较低。

1 基本概况

巡检人员发现7#裂解炉文丘里压力表引压管在2017年1月5日出现开裂泄漏，裂纹出现在焊口处，经过停炉，紧急更换部分管件，将此问题暂时解决。

2 检测结果

2.1 宏观及低倍观察

从图1可见，断裂的位置主要集中在焊缝热影响区附近，断口表面布满腐蚀产物。从低倍形貌可以看出，断口表面有二次裂纹，同时在引压管的内壁也发现了从内壁向外壁扩展的裂纹。

图1 断裂位置宏观及低倍形貌

2.2 金相检验

图2 金相组织1

3 综合分析

通过宏观和微观观察可见，断裂位置主要位于焊缝热影响区区域内，并向母材扩展。开裂是由内壁起源并向外壁扩展。断口表面有腐蚀产物附着，并有二次裂纹，裂纹沿晶扩展，能谱检测发现断口表面含有高含量S元素和一定量的Cl元素，因此初步判断断裂是由于发生硫化物应力腐蚀开裂造成的（SSCC），氯元素起到了促进作用。

图3 金相组织2

图4 金相组织3（焊缝区）

应力腐蚀开裂（SCC）是指应力和腐蚀介质联合作用下金属材料所发生的一种局部腐蚀破坏。应力腐蚀开裂一般具有如下特征：

1）一种合金材料只有在“特定”的介质中才会发生SCC。对于奥氏体不锈钢，可能造成SCC的环境有：含氯化物的冷凝水或氯化物水溶液、海水、H2S及NaOH-H2S水溶液等。

2）SCC裂纹扩展方向通常与拉应力方向垂直，形态有裂纹沿晶界扩展和穿晶界扩展两张状态。

3）产生SCC的孕育期很长，但裂纹一旦萌生，扩展速度很快。断口观察表明，即使像奥氏体不锈钢这种韧性很好的材料，其应力腐蚀开裂的断裂模式也为脆性断裂。

从以上特征可以看出，该失效件断裂区域属于奥氏体不锈钢的热影响区，从应力水平上讲，存在焊接残余应力，介质为裂解气，从断口成分分析可见，介质中含有硫化物和Cl元素，属于断裂敏感环境，因此才发生SSCC现象。

炼油设备的SCC受下列参数复杂交互作用的影响：①暴露于酸性环境中的材料的化学成分、强度、热处理和显微组织；②材料的总拉应力（外加应力与残余应力之和）；③材料中的氢流量，即游离水的存在、硫化氢浓度、pH及其它诸如氰化物和二硫化物离子浓度等环境参数；④温度；⑤时间。

分析裂纹的起源，从金相组织观察中可见，样件存在晶间腐蚀，304不锈钢如果发生晶间腐蚀，说明其在焊接或者使用过程中在其敏化温度区间内有停留，一般不锈钢的敏化温度为450～850 ℃，可见其焊接或者使用过程中均有可能出现这个温度区间。

4 结论

通过以上检测分析，得出如下结论：

1）压力表引压管断裂的主要原因是由于其发生硫化物应力腐蚀开裂；

2）裂纹的起源应为焊接热影响区的组织发生了晶间腐蚀，而引压管热影响区发生晶间腐蚀的原因可能为焊接过程或者使用过程的温度处于450～850 ℃的不锈钢敏化温度区间内有关。

5 建议

根据以上失效原因，提出建议如下：

1）从选材上，可以在不锈钢中添加铌或钛等元素，提高抗晶间腐蚀的能力，比如可以选择321 不锈钢；

2）焊接过程中，在可以满足强度的前提下，尽可能选用低强度焊材；

3）焊后可以进行焊后消除应力的热处理，焊后热处理温度应按照热处理制度尽可能取上限。

6 结束语

综上分析，可以准确判断出压力表引压管断裂的原因是应力腐蚀开裂，也并给出了相关改进建议。通过升级材质和焊接后处理可以有效避免这一问题再次发生。下一步检修期间对次问题进行改进，彻底消除安全隐患。本次对压力表引压管断裂的分析，为同行业积累了宝贵经验。

[1] 蔡剑秋.腐蚀与防护手册，化工生产装置的腐蚀与防护[M].北京：化学工业出版社，1995.

[2] 陈居术.尤其管道焊接接头的盈利腐蚀与防护[J].管道技术与设备，2003，（4）.

[3] 孙秋霞.材料腐蚀与防护[M].北京：冶金工业出版社，2001.

Cause Analysis of Fracture of Pressure Pipe in Venturi Pressure Table of Cracking Furnace

Hu Xian-chi，Zhang Cui-cui，Wei Zhi-gang，Shan Yong

This paper describes the characteristics of the fracture of the venturi in the ethylene plant cracking furnace，analyzes the causes of the fracture，sets out the targeted inspection measures，and puts forward some suggestions for improvement.

austenitic stainless steel；intergranular corrosion；stress corrosion cracking

TE96

：A

：1003–6490（2017）04–0142–02

2017–04–12

胡显驰（1984—），男，辽宁抚顺人，助理工程师，主要从事石油化工方面工作。