5.5.1濕硫化氫應力腐蝕開裂案例：濕硫化氫環境中重沸器失效分析
2021-10-27 11:54:57
作者： 工業小南點 來源： 工業小南點
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5.5.1
濕硫化氫應力腐蝕開裂案例
案例一
濕硫化氫環境中重沸器失效分析
穩定塔底重沸器是煉油廠催化裝置穩定工段的換熱設備，其殼程介質是未經脫硫的穩定汽油，管程介質是分餾中段油，穩定汽油從重沸器殼程出來后再進入堿洗脫硫工序。重沸器的主要工藝參數為操作壓力1.0/1.2MPa（管程/殼程），入口溫度200/141℃（管程/殼程）、出口溫度180/165℃（管程/殼程）。
該重沸器殼程材質16MnR，為一進二出結構，穩定汽油從殼體下部中間進入，加熱后從上部兩端出來。于1997年7月投入使用，使用不到3個月，殼體下部出現了泄漏。檢修開裂的重沸器時，有較濃的H2S氣味，殼體下部兩端沉積了很厚的一層泥垢。清洗后，發現在內表面環焊縫和支座補強板焊縫處有密集的裂紋。殼體外表面也檢測到與焊縫垂直的裂紋。
01 重沸器的檢測
①介質成分。
殼程介質穩定汽油中硫含量為300～350mg?L-1，氨氮7～10mg?L-1，Cl- 4～10mg?L-1，殼程介質pH4～5；
②殼體開裂部位的宏觀檢測。
殼體下部開裂部位的宏觀形態見圖5-55，剖面開裂情況見圖5-56，將帶裂紋的試樣沿裂紋掰開后的斷口宏觀形態見圖5-57。
圖5-55 殼體下部開裂部位的宏觀形態
圖5-56 環焊縫剖面開裂情況
圖5-57 帶橫向裂紋的試樣沿裂紋掰開后的斷口宏觀形態
③金相檢測和斷口觀察。
圖5-58為剖面上的氫致裂紋，大裂紋的尖端兩側都有擴展的細小裂紋，圖5-59為氫致裂紋的尖端，細小裂紋呈斷續層狀，已經開始出現沿晶的特征，并逐步連接在一起。圖5-60為金屬內部的MnS夾雜處氫致裂紋，MnS脫落，由于積聚的氫壓不足不能引起兩端開裂，圖5-61為氫致裂紋在金屬內部的MnS夾雜處，MnS還沒有脫落，一端已經開裂。
圖5-58 金相剖面上的氫致裂紋
圖5-59 氫致裂紋的尖端
圖5-60 MnS夾雜處氫致裂紋（MnS脫落）
圖5-61 MnS夾雜處氫致裂紋（一端已經開裂）
非金屬夾雜物形成的偏析帶和夾雜帶，形成了原子氫的陷阱。原子氫最容易聚集在這里，從而形成高的氫壓，進而引發裂紋直至最終產生分層，導致HIC和HB的發生。
④掃描電鏡斷口形態觀察。
圖5-62為母材和熱影響區的斷口宏觀形態，為混合斷口。有的以穿晶為主帶有大量的二次裂紋形成的層狀和臺階狀裂紋，斷口中有典型的氫鼓包。熱影響區斷口為混合型斷口，氫致沿晶二次裂紋，有明顯的雞爪形花樣。
內壁熱影響區靠近母材一側焊接回火區的裂紋斷口形態，為混合斷口。有的以穿晶為主，帶有大量的沿晶二次裂紋。有的又以沿晶為主，帶有大量的明顯的雞爪形花樣。
圖5-62 母材和熱影響區的斷口形態
圖5-63為將斷口試樣按照一定的角度斜磨成金相試樣，以便同時在掃描電鏡下觀測斷口中的裂紋在斷口下面的擴展情況。圖中可以看到，斷口表面的二次裂紋在向金屬內部擴展時已經逐步轉向沿晶擴展；
圖5-63 由斷口斜磨成金相試樣
⑤腐蝕產物能譜分析。
據檢測，重沸器的腐蝕產物還含有一定量的Cl。
02 結論
重沸器殼體開裂是因為濕硫化氫應力腐蝕開裂造成的。
由于穩定汽油中會攜帶部分水分進入重沸器中，在殼體的底部溫度相對較低的區域有冷凝水，H2S會溶解于其中。同時殼體下部的兩側區域也成為穩定汽油的滯留區，穩定汽油中所含雜質容易在此處沉積也會加劇該部位的垢下腐蝕。又因為重沸器未進行熱處理消除殘余應力，加劇了焊接部位的應力腐蝕開裂。
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