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蒸汽管線(xiàn)裂紋分析

文檔作者：李克欣文檔來(lái)源：中國(guó)石化北京燕山分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月03日
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第43卷第1期
2014年1月
石油化工設(shè)備
PETR0一CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．43 NO．1
Jan．2014
文章編號(hào)：1000—7466(2014)01—0092—03
蒸汽管線(xiàn)裂紋分析
李克欣
(中國(guó)石化北京燕山分公司，北京 102501)
摘要：針對(duì)某再沸器蒸汽入口法蘭及管線(xiàn)焊縫多處出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題，通過(guò)檢驗(yàn)與分析，認(rèn)為裂紋產(chǎn)
生的原因?yàn)檎羝橘|(zhì)堿脆。利用焊接和注入密封劑復(fù)合帶壓堵漏措施進(jìn)行處理，使用效果良好。
關(guān)鍵詞：管線(xiàn)；蒸汽；裂紋；堿脆
中圖分類(lèi)號(hào)：TQO55．81 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B doi：10．3969／j．issn．1000—7466．2014．01．022
Analysis of Steam Pipeline Crack
LI Ke-xin
(Beijing Yanshan Company，SINOPEC，Beijing 102501，China)
Abstract： Aiming at the problem that cracks occurred suddenly on the welding of steam entrance
flange on the reboilers，and also on steam pipeline welding in many places，according to carefully
analysis and examination，the concept of steam medium caustic embrittlement is put forward tO
the failure．The crack has a great harm to the equipment and pipelines．W ith the help of welding
and injecting sealant，people can seal the leaking under pressure to handle the accident properly
and ensure the normal operation of devices．It had made a good effect which provided a guarantee
for the planned stop．
Key words：pipeline；steam；crack；caustic embrittlement
中國(guó)石化北京燕山分公司化學(xué)品事業(yè)部一苯酚
車(chē)間粗丙酮塔再沸器(PE一28)、粗苯酚塔再沸器
(PE一37)、精苯酚塔再沸器(PE一48)、烴塔再沸器
(PE一36)殼程及相連碳鋼、不銹鋼蒸汽管線(xiàn)在運(yùn)行
過(guò)程中發(fā)現(xiàn)蒸汽入口接管角焊縫、連接蒸汽管線(xiàn)對(duì)
接焊縫處短時(shí)間內(nèi)相繼出現(xiàn)多處裂紋，有的裂紋較
深、較長(zhǎng)，已經(jīng)開(kāi)始泄漏蒸汽，泄漏處有黃白色污物，
裂紋的出現(xiàn)對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
1 設(shè)備簡(jiǎn)介
再沸器均為精餾裝置換熱設(shè)備，立式固定管板
結(jié)構(gòu)，PE-28殼程材料為0CrlSNi9，管程材料為
00Crl7Ni14Mo2，除PE一28外，其它幾臺(tái)再沸器簡(jiǎn)
體及接管材質(zhì)均為16Mn IlI，管板及換熱管材質(zhì)為
00Crl7Nil4Mo2。再沸器殼程介質(zhì)為水蒸氣，工作
壓力4．0 MPa，工作溫度252℃。管程介質(zhì)為苯酚
和焦油的混合物，工作壓力為一0．04 MPa，工作溫
度為228℃。
2 問(wèn)題分析
2．1 裂紋檢查
再沸器蒸汽入口法蘭焊縫、相連管線(xiàn)焊縫附近
在短時(shí)間內(nèi)多處連續(xù)出現(xiàn)大量裂紋，裂紋長(zhǎng)度不一，
最初發(fā)現(xiàn)裂紋最短的5 mm，最長(zhǎng)的5O mm，裂紋擴(kuò)
展迅速，從發(fā)現(xiàn)裂紋開(kāi)始到設(shè)備處理的30 d內(nèi)，裂
紋長(zhǎng)度增加最多的達(dá)到60 mm，裂紋數(shù)量增加到60
多條。此次發(fā)現(xiàn)的裂紋發(fā)生在蒸汽介質(zhì)中，并且不
銹鋼管線(xiàn)和碳鋼管線(xiàn)均出現(xiàn)了裂紋，這在以前是沒(méi)
有見(jiàn)過(guò)的。觀察裂紋的宏觀形貌并對(duì)各個(gè)裂紋比較
發(fā)現(xiàn)，這些裂紋均起源于焊縫處，從焊縫向母材擴(kuò)展
開(kāi)裂，其中大多裂紋由裂紋源向3個(gè)方向擴(kuò)展，有的
收稿日期：2013—08—23
作者簡(jiǎn)介：李克欣(1972一)，男，河北曲陽(yáng)人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)從事設(shè)備監(jiān)測(cè)工作。
第1期 李克欣：蒸汽管線(xiàn)裂紋分析
延環(huán)向擴(kuò)展，有的沿縱向擴(kuò)展。金相組織分析可以
看到有沿晶裂紋、穿晶裂紋和穿晶一沿晶共存的開(kāi)裂
情況，以穿晶為主，與熱應(yīng)力裂紋或疲勞裂紋特征不
完全相符，且泄漏處有黃白色污物，不是管線(xiàn)設(shè)備缺
陷和焊接缺陷所致。據(jù)此分析認(rèn)為，這些裂紋可能
是應(yīng)力腐蝕所致。
2．2 原因分析
2．2．1 金屬應(yīng)力腐蝕破裂要素
(1)敏感的金屬材料 應(yīng)力腐蝕破裂只在對(duì)應(yīng)
力腐蝕敏感的金屬合金上發(fā)生，純金屬極少產(chǎn)生應(yīng)
力腐蝕破裂，合金的化學(xué)成分、金相組織及熱處理對(duì)
合金的應(yīng)力腐蝕破裂有很大影響。
(2)處于拉應(yīng)力狀態(tài)下包括殘余應(yīng)力、組織應(yīng)
力、熱應(yīng)力、焊接應(yīng)力或工作應(yīng)力在內(nèi)，一般認(rèn)為必
須是在拉應(yīng)力作用下才可能引起應(yīng)力腐蝕破裂。
(3)特定的介質(zhì)環(huán)境對(duì)于一定的合金來(lái)說(shuō)，只
有在特定的介質(zhì)環(huán)境中才發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂，其中
起主要作用的陰離子、絡(luò)離子。也就是說(shuō)，應(yīng)力腐蝕
破裂發(fā)生在一定的金屬／介質(zhì)組合中。比如低碳鋼
易在OH一、NaOH+NaSiO。、工業(yè)及海洋大氣等中
發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂 。
2．2．2 堿脆破壞
設(shè)備管線(xiàn)泄漏處、法蘭連接處均有大量黃白色
污物，說(shuō)明蒸汽中含有腐蝕介質(zhì)而不僅僅是腐蝕產(chǎn)
物。不銹鋼管線(xiàn)最易發(fā)生氯離子應(yīng)力腐蝕，但碳鋼
管線(xiàn)不會(huì)，根據(jù)不銹鋼、碳鋼管線(xiàn)均出現(xiàn)裂紋的情
況，可排除氯離子應(yīng)力腐蝕的可能，推斷腐蝕原因可
能為堿脆。
對(duì)黃白色物質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大量鈉離子、硅酸
鹽及氫氧根，其中鈉離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)33 ，且裂紋發(fā)
生的地方均為焊縫，存在焊接內(nèi)應(yīng)力，符合堿脆發(fā)生
的條件。堿脆主要發(fā)生在鍋爐水因軟化處理帶來(lái)堿
性并在鍋爐縫隙里濃縮造成的鍋爐破裂，也發(fā)生在
接觸苛性堿的碳鋼、低合金鋼設(shè)備上。最容易產(chǎn)生
堿脆的介質(zhì)條件是實(shí)際含氫氧化鈉約30 ，溫度
6O℃至沸點(diǎn)。堿脆與氫氧化鈉體積分?jǐn)?shù)和溫度的
關(guān)系見(jiàn)圖1。不銹鋼對(duì)堿脆的敏感性隨NaOH 的濃
度和溫度而變化，當(dāng)堿體積分?jǐn)?shù)在4O ～6O 時(shí)，
不銹鋼的堿脆敏感性最大，這個(gè)體積分?jǐn)?shù)以外發(fā)生
堿脆的溫度迅速提高。
堿脆屬于應(yīng)力腐蝕破裂，造成的金屬損壞不是
力學(xué)破壞與腐蝕損壞兩項(xiàng)單獨(dú)作用的簡(jiǎn)單疊加。在
腐蝕介質(zhì)中，在遠(yuǎn)低于材料屈服極限的應(yīng)力下會(huì)引
起破裂，在應(yīng)力的作用下，腐蝕性極弱的介質(zhì)就可能
引起腐蝕破裂。此類(lèi)腐蝕常常是在全面腐蝕情況下
發(fā)生的、沒(méi)有形變預(yù)兆的突然斷裂，很容易造成嚴(yán)重
事故 。
贈(zèng)
O
體積分?jǐn)?shù)，％
圖1 堿脆與氫氧化鈉體積分?jǐn)?shù)和溫度的關(guān)系
此次發(fā)生故障的再沸器設(shè)備、管線(xiàn)材質(zhì)既有碳
鋼也有奧氏體不銹鋼，管線(xiàn)內(nèi)介質(zhì)為水蒸氣，鍋爐生
成的飽和蒸汽經(jīng)過(guò)過(guò)熱器變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，進(jìn)入設(shè)備
前加入部分增濕水，蒸汽溫度252℃ ，蒸汽中氫氧化
鈉是因鍋爐水中堿含量過(guò)高，為飽和蒸汽夾帶所致。
在氣態(tài)下，氫氧化鈉逐漸濃縮堆積在焊接缺陷部位，
蒸汽管線(xiàn)振動(dòng)較大，焊縫附近存在大量焊接殘余熱
應(yīng)力，在腐蝕介質(zhì)、內(nèi)壓力及設(shè)備管線(xiàn)存在的焊接殘
余熱應(yīng)力、安裝應(yīng)力綜合作用下，最終導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕
破裂并迅速擴(kuò)展。
3 預(yù)防及處理措施
3．1 處理措施
(1)消除一切應(yīng)力，或施以壓應(yīng)力。
(2)對(duì)裂紋進(jìn)行帶壓堵漏。如果介質(zhì)為非易燃、
易爆介質(zhì)，可以對(duì)夾具進(jìn)行兩端焊接，以防止裂紋擴(kuò)
展導(dǎo)致管線(xiàn)斷裂口]。如果介質(zhì)為易燃、易爆介質(zhì)，在
沒(méi)有足夠的安全措施保證的條件下，應(yīng)盡量避免焊
接，可對(duì)裂紋施加壓應(yīng)力以防止管線(xiàn)完全斷裂。同
時(shí)，在高壓介質(zhì)工況下，應(yīng)先帶上隔離式卡具，但不
與管線(xiàn)固定死，再進(jìn)行拉壓，防止因管線(xiàn)受力不均或
方向偏移發(fā)生意外情況。
3。2 預(yù)防措施
(1)改變介質(zhì)的腐蝕性 改變介質(zhì)的腐蝕性使
其完全不腐蝕或者使其轉(zhuǎn)為全面腐蝕。本例氫氧化
鈉的來(lái)源為鍋爐過(guò)熱蒸汽，在鍋爐水中由于添加過(guò)
量堿中和，導(dǎo)致蒸汽中含有大量氫氧化鈉。因此可
改變鍋爐水水處理指標(biāo)，降低鍋爐水pH值，消除氫
氧化鈉的來(lái)源[4]。
(2)選用耐應(yīng)力腐蝕破裂的金屬材料 碳質(zhì)量
分?jǐn)?shù)0．01 ～0．25 的碳鋼容易產(chǎn)生堿脆，碳質(zhì)量
分?jǐn)?shù)大于或小于此范圍不易發(fā)生堿脆，但相應(yīng)鋼的
性能卻會(huì)發(fā)生很大變化。低碳鋼在相變溫度Ac 和
石油化工設(shè)備 2014年第43卷
A∞之間進(jìn)行保溫?zé)崽幚?，可顯著降低其堿脆的敏感
性 ]。因此，可以采用20鋼，焊縫焊接后進(jìn)行保溫
處理。
(3)采用陰極保護(hù) 利用外加電流陰極保護(hù)和
犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)可使保護(hù)設(shè)備、管線(xiàn)的腐蝕電
位降低，處于保護(hù)范圍。
3．3 帶壓堵漏
一般來(lái)說(shuō)裂紋是不允許直接進(jìn)行帶壓堵漏的。
無(wú)安全保障時(shí)，對(duì)各類(lèi)壓力容器及管道不得冒然采
用帶壓堵漏，而應(yīng)按壓力容器及壓力管道安全技術(shù)
監(jiān)察規(guī)程有關(guān)規(guī)定處理ll6]。
對(duì)設(shè)備微小裂紋，可采用點(diǎn)焊收縮裂紋法消
除泄漏作為應(yīng)急處理方法。對(duì)于管線(xiàn)較大裂紋，
泄漏較嚴(yán)重，裂紋擴(kuò)展的性質(zhì)和擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)不確定，
采用一般盒式夾具進(jìn)行帶壓堵漏存在較大風(fēng)險(xiǎn)，
注膠壓力會(huì)使裂紋擴(kuò)展甚至導(dǎo)致焊縫斷裂，造成
生產(chǎn)停工。如果突然發(fā)生斷裂，泄漏擴(kuò)大，作業(yè)區(qū)
域高、狹窄，又無(wú)合理方便的迅速撤離通道，容易
發(fā)生人身傷害事故。在對(duì)管線(xiàn)裂紋進(jìn)行有效防護(hù)
后可進(jìn)行帶壓堵漏應(yīng)急處理，針對(duì)泄漏部位和泄
漏介質(zhì)的不同情況，分別采用盒式焊接夾具和拉
緊式夾具進(jìn)行帶壓堵漏，采用專(zhuān)用密封劑和專(zhuān)用
工具由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行帶壓堵漏操作L7]。夾具按照
薄壁壓力容器規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算 ]。
裂紋帶壓堵漏原理圖2。在安裝夾具注入密封
劑封堵前，如果介質(zhì)為易燃、易爆，則采用拉緊式夾
具進(jìn)行帶壓堵漏。如果介質(zhì)為非易燃、易爆介質(zhì)，夾
具可采用盒式焊接夾具，兩端焊接，焊接采用小電
流、快速焊，防止裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致管線(xiàn)斷裂。焊接前要
對(duì)管線(xiàn)進(jìn)行測(cè)厚，保證施工安全_g]?？紤]到裂紋不
能直接受力，盡量在裂紋外面安裝隔離層[1 。
一 ： 三 —
； ／ 紋
線(xiàn)
圖2 裂紋帶壓堵漏原理圖
4 結(jié)語(yǔ)
堿脆是一種危害很大的應(yīng)力腐蝕，蒸汽介質(zhì)中
的堿脆原因和液體中的有很大不同，具體的腐蝕機(jī)
理還有待于研究。
堿脆會(huì)導(dǎo)致設(shè)備突然損壞，再沸器屬于壓力容
器，設(shè)備突然破裂會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。通過(guò)復(fù)
合堵漏法對(duì)再沸器裂紋進(jìn)行妥善處理，防止了安全
事故的發(fā)生，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，運(yùn)行周期大幅延長(zhǎng)，取
得了明顯的效果。
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(杜編)

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