加熱爐燃料氣不銹鋼軟管泄漏失效分析

賈振柱

(中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163711)

2014 年4 月中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司煉油廠催化重整裝置停工檢修，5月初重新開工后的加熱爐多條不銹鋼軟管同時發生了泄漏。軟管型號:10JR50，規格:DN50，壓力:0.5 MPa，介質:燃料氣。停工檢修大約半個月左右，泄漏的軟管使用周期從幾個月到1 a 多不等。為了查明軟管發生泄漏的原因，對泄漏軟管進行綜合檢測分析，以確定其失效原因。

1 檢測分析內容和結果

1.1 拆除軟管防護網宏觀檢查

1.1.1 檢測內容選擇其中一條泄漏軟管，拆除軟管防護網，對軟管外觀進行觀察，檢查腐蝕情況、泄漏位置。

1.2.2 檢測結果

圖1 是軟管外觀形態。從圖1 可以看出，軟管整個外壁均存在一定量的銹垢沉積物，較嚴重部位是軟管泄漏處。圖2 是軟管里傾倒出的沉積物，由于現場拆除防護網用氣割方式沉積物呈現燒焦形態。經過仔細檢查，在軟管整個長度中共發現5 個腐蝕孔類的泄漏點，見圖3。

1.2 軟管泄漏點取樣與宏觀檢查

1.2.1 檢測內容

在軟管上的泄漏點(或疑似)部位截取5個試樣，用超聲波清洗掉內外壁油污和浮銹，利用體視顯微鏡觀察分析內壁和外壁腐蝕形貌。

圖1 軟管外側防護網上的銹垢沉積

圖2 軟管里的沉積物

圖3 軟管的泄漏點(軟管外壁絲網拆除后)

1.2.2 檢測結果

從軟管試樣內外壁腐蝕形貌可以看出，軟管外壁為泄漏后的棕色鐵銹沉積物，軟管內壁為黑色燃料氣介質與鐵銹沉積物。軟管內外壁有腐蝕孔，最大約為1.5 mm，屬于點蝕孔。軟管內壁發現未腐蝕穿透的點蝕坑，而軟管外壁沒有，說明軟管主要為內壁腐蝕穿孔，見圖4。

圖4 軟管試樣內壁點蝕孔和點蝕坑

1.3 軟管試樣內外壁微觀檢測

1.3.1 檢測內容

選取2 個軟管試樣，用掃描電鏡分析內外壁微觀形貌，用能譜分析儀檢測內外壁表面腐蝕產物成分。

1.3.2 檢測結果

圖5 是軟管內壁點蝕孔形貌。由圖5 可以看出，軟管內壁存在點蝕孔和點蝕坑。而外壁只有內壁腐蝕穿透的孔洞，未發現點蝕坑，設說明軟管主要為內壁腐蝕穿孔。

表1 是軟管內壁腐蝕產物組分，表2 是軟管外壁腐蝕產物組分。由表1 和表2 可以看出，軟管的內壁在點蝕孔和點蝕坑附近普遍存在Cl 元素，軟管的外壁未發現Cl 元素。

圖5 軟管內壁點蝕孔形貌 40 ×

表1 軟管內壁腐蝕產物成分

表2 軟管外壁腐蝕產物成分

1.4 軟管材質成分檢測

1.4.1 檢測內容

軟管壁厚只有0.5 mm，無法鉆粉檢測含碳量。在軟管上截取2 個試樣，用直讀光譜儀檢測2 個樣品主要成分。

1.4.2 檢測結果(見表3)

表3 軟管材質主要成分 w，%

1.4.3 結果分析

由表3 可以看出，軟管材質主要成分符合GB 1220-2007《不銹鋼棒》對304 不銹鋼的主要成分要求，確認軟管材質為304 不銹鋼。

1.5 軟管組織中夾雜物檢測

1.5.1 檢測內容

在軟管上截取1 個試樣，經過水砂紙、金相砂紙細磨、研磨和拋光，制備成微觀分析試樣，用掃描電鏡分析微觀組織中的夾雜物形貌，用能譜分析儀檢測夾雜物成分。

1.5.2 檢測結果

圖6、圖7 是軟管微觀組織中的夾雜物，表4是夾雜物成分。

圖6 軟管微觀組織中的夾雜物 3 000 ×

圖7 軟管微觀組織中的夾雜物 5 000 ×

表4 軟管組織中的夾雜物成分

1.5.3 結果分析

圖6 和圖7 可以看出，軟管微觀組織中或多或少含有一定數量和大小的非金屬夾雜物，夾雜物呈現顆粒狀。表4 成分檢測結果表明，夾雜物主要為氧化物。

按照國家標準GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢測法》，圖6 和圖7 中夾雜物屬于B 類，評級為0.5 級。

1.6 軟管金相組織檢測

1.6.1 檢測內容

將拋光好的試樣用王水溶液浸蝕，制備成金相試樣，用金相顯微鏡對試樣進行金相組織分析。

1.6.2 檢測結果及分析

圖8 為軟管金相組織，由圖8 可以看出軟管金相組織為奧氏體，未發現晶間腐蝕痕跡。按照國家標準GB 6394-2002《金屬平均晶粒度測定圖譜》，晶粒度評級為6 級，組織比較粗大。

圖8 軟管金相組織 200 ×

2 軟管泄漏失效分析

2.1 軟管腐蝕類型

通過對軟管進行了宏觀和微觀檢測分析、材質成分分析、夾雜物及金相組織分析，可以得到以下結果:

(1)軟管材質分析結果表明是304 不銹鋼，304 屬于奧氏體不銹鋼，耐鹵族元素(尤其是Cl-)點蝕能力差;

(2)軟管泄漏是由于內壁腐蝕穿孔造成的，內壁腐蝕類型為點蝕，未發現應力腐蝕和晶間腐蝕痕跡;

(3)由軟管的內壁在點蝕孔和點蝕坑附近普遍存在Cl 元素可知，軟管點蝕主要由Cl-導致，軟管組織中的細小夾雜物以及內壁鈍化層破損處，在垢下Cl-高濃度部位極易產生點蝕。

2.2 腐蝕介質來源分析

(1)燃料氣含有大量H2S 和CO2(大于1 000 mg/kg)，但單獨作用不會造成304 不銹鋼點蝕，否則整個軟管都會發生點蝕，并且平時使用過程中就會腐蝕泄漏;

(2)造成軟管點蝕的是304 不銹鋼最敏感介質Cl-，一部分來源于停工檢修時的吹掃蒸汽冷凝水，另一部分來源于燃料氣在軟管內壁沉積銹垢積聚的Cl-，水沉積到軟管下垂彎曲部位;

(3)軟管內壁沉積銹垢有利于冷凝水中的Cl-積聚和濃縮，再加上垢下電化學腐蝕促進作用及H2O 和H2S 的作用，加速了點蝕發生。

3 建議措施

(1)軟管在使用過程和檢修時，盡量避免接觸含Cl-介質，尤其是檢修時，及時除垢和排凈殘液，避免含Cl-介質對軟管產生點蝕;

(2)軟管材質升級為耐Cl-點蝕能力較強的316L 不銹鋼。