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加氫精制高壓換熱器管箱隔板斷裂原因分析及預防措施

文檔作者：李德成王曉楠文檔來源：中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司煉油廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月21日
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2016 年7 月
加氫精制高壓換熱器管箱
隔板斷裂原因分析及預防措施
李德成王曉楠(中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司煉油廠, 遼寧遼陽111003)
摘要：120萬噸/ 年柴油加氫精制裝置高壓換熱器E6101B
在檢修過程中發(fā)現(xiàn)管箱隔板斷裂，根據(jù)斷口形貌，結合工藝條
件及隔板材質(zhì)特性進行分析，判斷隔板斷裂屬于連多硫酸應力
腐蝕開裂。對防止該類腐蝕提出了一些預防措施。
關鍵詞：換熱器；管箱隔板；304奧氏體不銹鋼；連多硫酸應
力腐蝕開裂
1 裝置概況
120萬噸/年柴油加氫精制裝置以常減壓裝置加工的俄羅
斯原油的直餾柴油為原料，在催化劑的作用下，經(jīng)過一系列工
藝過程生產(chǎn)出高質(zhì)量柴油，其反應部分流程圖如圖1。
圖1反應系統(tǒng)部分流程圖
本裝置的三臺高壓換熱器均為U 型管式兩管程換熱器，
2007年1月投用，從2015年1月開始E6101B換熱效果明顯下
降，到2015年8月出入口溫差不足10℃，由于該換熱器換熱效
果差導致了加熱爐熱負荷增加，反應空冷全開仍無法滿足工藝
參數(shù)，裝置被迫停工，停工后對E6101B進行解體檢修，檢修過
程中發(fā)現(xiàn)E6101B管箱隔板大面積斷裂（如圖2），E6101B主要
技術參數(shù)如表1。
表1 E6101C主要技術參數(shù)
E6101B
管程
殼程
工作壓力
（MPa）
8. 1
9. 2
設計壓力
（MPa）
9. 2
9. 5
工作溫度
（④）
200
160
設計溫度
（④）
280
220
隔板材質(zhì)
304
304
介質(zhì)
柴油、硫化
氫、氫氣
原料油、硫化
氫、氫氣
圖2 E6101B隔板斷裂情況
圖3 E6101B隔板斷口形貌
2 斷口形貌
如圖3所示，隔板表面有一層薄薄的銹蝕層，隔板開裂的部
位在隔板與管箱焊縫處，正好是焊接熱影響區(qū)，斷口沒有塑性
變形的痕跡，表面沒有雜質(zhì)，形狀為鋸齒形，根據(jù)這些特征判斷
為脆性斷裂。進一步觀察整個隔板沒有明顯減薄。
3 原因分析
由斷口形貌顯示，斷口為脆性斷裂，且位于熱影響區(qū)，隔板
無明顯腐蝕減薄，再結合工藝條件及隔板材質(zhì)特性分析，隔板
斷裂屬于連多硫酸應力腐蝕開裂。
正常工作時E6101B 管箱介質(zhì)為柴油、H2S、H2，溫度為
280℃，在該溫度下H2S可直接與設備表面的金屬Fe發(fā)生化學反
應而生成FeS，這些FeS在設備表面形成一層致密的膜，在一般
情況下，這層致密的膜會阻擋腐蝕介質(zhì)接觸基材，從而保護設
備不被腐蝕。但是，當裝置需要停車檢修設備時，打開設備后
空氣中大量的O2和水分會進入設備內(nèi)，并與設備表面的FeS發(fā)
生反應，便可生成多量的連多硫酸[1]。
由于E6101B,E6101C換熱器管束銨鹽結晶，車間多次對管
束進行清洗，清洗之前首先要拆卸E6101B管箱接管，接管規(guī)格
為DN400，由于管徑較大管線較長，吊裝十分困難，吊裝時間比
較長，吊裝過程中由于作業(yè)人員靠近管箱接管法蘭口，為了安
全起見系統(tǒng)氮氣補壓吹掃必須暫時停止，此時空氣中的O2和水
分進入管箱內(nèi)與管箱隔板表面的FeS反應生成了多量的連多
硫酸。
隔板材質(zhì)為304奧氏體不銹鋼，在隔板和管箱焊接過程中
304奧氏體不銹鋼會在熱影響區(qū)形成了一個敏化區(qū)，在該區(qū)域
鉻的碳化物即會在晶粒邊界析出，導致碳化物附近出現(xiàn)貧鉻區(qū)
同時影響晶界區(qū)的鈍化性[2]。另外在焊接熱影響區(qū)內(nèi)，會殘存
因焊接而產(chǎn)生的應力。
在該敏化區(qū)由于存在連多硫酸，很容易發(fā)生晶間腐蝕，又
由于焊接應力的存在，接著又發(fā)生了連多硫酸應力腐蝕開裂，
最終導致了隔板斷裂。
4 預防措施
（1）檢修過程中，在保證安全的前提下，盡可能快的拆卸和
吊裝接管，減少進入管箱的空氣，從而產(chǎn)生較少的連多硫酸。
（2）工藝流程進行改造，在不拆卸接管的情況下就可以對
換熱器進行堿洗，去除設備內(nèi)表面的FeS，堿洗后即使拆卸過程
中有大量空氣進入也不會產(chǎn)生連多硫酸。
（3）隔板材質(zhì)選用具有能夠抵抗連多硫酸應力腐蝕開裂性
能的材質(zhì)。例如滲鋁鋼（滲鋁鋼是通過某種工藝將金屬鋁滲入
到金屬表面并與鐵形成Fe-Al合金，形成致密的硫化膜阻止了
腐蝕的進一步發(fā)展，且這層硫化膜在有氧和水的條件下也不會
發(fā)生連多硫酸）、347、321等。
5 結論
在連多硫酸存在的情況下，304奧氏體不銹鋼在焊接熱影
響區(qū)極易發(fā)生連多硫酸應力腐蝕開裂。在以后的檢修過程中
要注意防止連多硫酸的產(chǎn)生，從而避免連多硫酸應力腐蝕開裂
問題的產(chǎn)生，保障裝置長周期平穩(wěn)運行。
參考文獻:
[1]鄒德敬,趙守輝.不銹鋼設備的連多硫酸應力腐蝕開裂機
理與防護[J].遼寧化工,2009,38(1):43-45.
[2]馬李洋,丁毅.304不銹鋼在連多硫酸中的應力腐蝕研究
[J].壓力容器,2007,24(1):1-3. 作者簡介：李德成（1988-）男山東省泰安市人助理工程師本
科主要從事石油化工設備維護工作
技術管理
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