加熱爐入口總管壓力表引壓線開裂原因分析

摘 要 某石化公司渣油加氫裝置反應加熱爐入口總管壓力表引壓線發生開裂，出現介質泄漏，直接影響裝置安全運行。通過宏觀檢查、化學成分分析、金相分析、掃描電鏡及能譜分析，找出了引壓線開裂的原因，并提出相應改進建議。

關鍵詞 引壓線 保溫層下腐蝕 Cl-濃縮 氯化物應力腐蝕開裂

中圖分類號 TQ055.8" "文獻標志碼 B" "文章編號 0254?6094（2025）02?0339?06

某石化公司渣油加氫裝置反應加熱爐于2014年6月投入使用，投入運行后間隔11個月停啟一次，2023年10月該加熱爐入口總管壓力表引壓線在運行過程中發生開裂，出現介質泄漏，直接影響裝置安全運行[1]。筆者通過現場工況調查、宏觀檢查、化學成分分析、金相分析、掃描電鏡及能譜分析等方法，分析壓力表引壓線的開裂原因。

1 運行工況介紹

渣油加氫裝置反應加熱爐壓力表引壓線與入口總管采用承插焊接，硅酸鋁巖棉保溫，依托框架剛性支撐。現場拆開保溫層發現角焊縫附近的引壓線側熱影響區、母材出現裂紋，裂紋位于管線安裝位置的6～12點方向（剛性支撐側），如圖1所示。

引壓線詳細參數如下：

設計壓力 25 MPa

工作壓力 17.5 MPa

設計溫度 500 ℃

工作溫度 350 ℃

介質 氫氣、硫化氫、混合渣油

規格 ?33.4 mm×6.35 mm

材質 TP347

2 試驗檢測與分析

2.1 宏觀檢查

圖2為引壓線失效段宏觀形貌，由圖2a、b可見，距角焊縫30 mm范圍內存在多條環向裂紋，其中熱影響區明顯存在一條長約30 mm的環向裂紋，裂紋寬度約0.5 mm;母材處多條環向裂紋中最長裂紋長度約12 mm，寬約1.5 mm，且裂紋周圍存在黑色腐蝕產物與機械損傷。失效管段沿軸向剖開形貌如圖2c、d所示，內壁整體呈黑色，無明顯沖刷腐蝕痕跡;外壁局部區域發現熱影響區、母材處的裂紋已貫穿至內壁，外壁裂紋寬度明顯大于內壁，可見裂紋由外壁啟裂;內壁裂紋處存在凹陷變形。

2.2 化學成分分析

采用德國SPECTROLAB直讀光譜儀對引壓線進行化學成分分析，引壓線化學成分符合ASME SA?312/SA?312M對TP347材料的要求（表1）。

2.3 金相分析

引壓線熱影響區裂紋尖端軸向截面裂紋形貌及金相組織如圖3所示，熱影響區存在多條裂紋，裂紋均啟裂于外壁，沿厚度方向由外向內穿晶擴展，呈樹枝狀，存在較多分支;焊縫區金相組織為奧氏體+δ鐵素體，如圖4所示;熱影響區及母材金相組織均為奧氏體，熱影響區裂紋附近金相組織未見異常，且熱影響區晶粒較母材粗大，如圖5所示。

母材貫穿裂紋附近軸向截面裂紋形貌及金相組織如圖6所示，該截面裂紋形貌與熱影響區裂紋形貌相似，呈樹枝狀穿晶擴展，近外壁表面可見明顯的腐蝕痕跡，金相組織為奧氏體。

2.4 掃描電鏡及能譜分析

2.4.1 掃描電鏡分析

采用JSM?6510掃描電鏡對斷口進行微觀形貌分析，如圖7所示。原始開裂區表面存在桿狀、片狀、塊狀垢物，且垢物表面存在二次裂紋，如圖7a、b所示，清洗后的原始開裂區表面呈解理臺階、河流狀花樣，為典型的脆性斷口;打斷區表面呈韌窩狀，為典型的塑性斷裂形貌，如圖7c、d所示。

2.4.2 能譜分析

能譜分析結果見表2，可以看出，未貫穿裂紋縫隙、原始開裂區垢物主要以鐵的氧化物形式存在，除含Al、Na、K、Ca等雜質元素以外，還含有大量具有腐蝕性的S、Cl元素，最高處分別達1.74%、1.38%，近外壁區S、Cl元素含量高于近內壁區。

3 討論

根據以上分析可知，引壓線化學成分符合標準要求;金相組織為奧氏體，裂紋均啟裂于外壁，呈樹枝狀穿晶擴展，存在較多分支，近外壁表面可見明顯腐蝕痕跡;斷口形貌呈解理臺階，且含有大量的具有腐蝕性Cl元素。

應力腐蝕開裂是材料、應力和環境三者共同作用的結果[2]。筆者所提失效引壓線材質為TP347，屬于奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼具有良好的自鈍化性，其耐蝕能力源于表面的鈍化膜，但在含Cl-的腐蝕環境中，奧氏體不銹鋼容易造成鈍化膜的破壞而被腐蝕[3]。引壓線長期處于高溫高壓工況，自身工作應力較高;與入口總管采用承插焊連接，由于奧氏體不銹鋼的導熱性差、線膨脹系數大，容易造成較大的焊接殘余應力;安裝采用剛性支撐，也易產生較大的應力，在應力的作用下，位錯沿著滑移面運動，在金屬表面產生滑移臺階，也會導致鈍化膜局部破壞。剛性支撐處保溫結構密閉性較差，雨水易從該處滲入保溫層，溶解保溫層中的Cl-[4]，并和自身攜帶的Cl-形成Cl-含量較高的水滴，積累在管道表面，由于該管線運行溫度較高，致使水滴蒸干，引起Cl-濃縮，并穿透不銹鋼的鈍化膜。不銹鋼表面鈍化膜破損處活潑金屬裸露，與有膜金屬形成鈍化-活化原電池;伴隨陽極溶解產生陽極極化，使陽極周圍鈍化，在蝕坑及裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜，而在應力作用下蝕坑底部裂紋尖端產生應力集中，使鈍化膜再次破裂，形成新的活性陽極區[5]。上述過程循環往復，最終形成沿壁厚貫穿的穿晶裂紋。

4 結論及建議

引壓線開裂失效機理為氯化物應力腐蝕開裂。主要失效原因為剛性支撐處保溫結構密閉性較差，雨水易從該處滲入保溫層，溶解保溫中的Cl-并和自有的Cl-，形成Cl-含量較高的水滴，積累蒸干于高溫引壓線外表面，引起Cl-濃縮，于角焊縫附近的應力集中部位發生層下氯化物應力腐蝕開裂。

建議改善支撐結構;避免使用含Cl-的保溫材料;降低管道表面粗糙度，減少氯化物積聚的可能性;對于該類管線應力集中部位，定期巡檢，保證保溫層完好無損。

參 考 文 獻

[1] 宮慶想，劉小輝.石化裝置小接管隱患分析及檢測與管理對策[J].石油化工腐蝕與防護，2024，41（2）：22-26.

[2] 劉傳森，李壯壯，陳長風.不銹鋼應力腐蝕開裂綜述[J].表面技術，2020，49（3）：1-13.

[3] 王貴斌.奧氏體不銹鋼的腐蝕與防護[J].硫磷設計與粉體工程，2023，（4）：5-12.

[4] 楊宏泉，段永鋒.奧氏體不銹鋼的氯化物應力腐蝕開裂研究進展[J].全面腐蝕控制，2017，31（1）：13-19.

[5] 姜營，王江濤.保溫層下腐蝕的失效案例分析[J].石油和化工設備，2024，27（3）：174-176.