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加氢裂化空冷器管板焊缝氢致裂纹分析

加氢裂化空冷器管板焊缝氢致裂纹分析

发布日期:2018-03-21 00:00 来源: 点击:

  加氢裂化空冷器在石油、化工、冶金等行业中有着广泛应用,而加氢裂化空冷器由于管箱泄漏而导致非计划停机,造成巨大的环境污染和经济损失的不在少数。其中管板管角焊缝开裂是管箱泄漏的主要原因之一。

1.设备工况

  某石化企业新购置的用于加氢裂化处理的丝堵式空冷器,管箱材质为Q345R(HIC),换热管材质为10#钢,氩弧焊丝牌号为H09Mn2HG,其工作介质为循环氢(H2)、硫化氢(H2S)、氨(NH3),属于严重腐蚀工况。在试运行阶段,空冷器出现了多处管板焊缝泄漏的情况。

2.焊缝开裂原因分析

  按NB/T 47013—2015对管板焊缝开裂部位进行着色检测后发现,管板焊缝出现多处裂纹。针对这一情况,从现场管板焊缝泄漏处取样,通过宏观形貌、化学成分、金相组织等对管板焊缝开裂的原因进行分析研究。

  (1)宏观形貌分析制取金相试样。试样垂直于裂纹,从焊缝的中间位置剖开,该试样命名为裂纹样。所取的裂纹样上共发现两条裂纹,裂纹1尖端尖锐,裂纹2尖端表现的比较圆钝。裂纹扩展路径均呈明显的阶梯状,具有氢致裂纹的特征。

  (2)化学元素检测 H元素检测:对裂纹样上三个不同部位进行H元素的含量测定,测定结果分别为8.5ppm、23ppm、20.7ppm(1ppm=1×10-4%)。相关资料显示,钢液脱氢前H元素含量在4~6ppm,精炼脱氢后H元素的含量可降低至2ppm以下。而管板焊缝中,H元素的含量远高于钢中H元素含量的正常水平。由此可见,管板焊缝中渗入了较多的氢,使其内部压力增加,产生较大内应力,同时使钢变脆,导致焊缝裂纹产生。且焊缝处裂纹宏观形呈明显的阶梯状,所以裂纹应为氢致裂纹。

  (3)金相组织分析 将裂纹样抛光后分别用4%硝酸酒精溶液浸蚀。裂纹样焊缝金相组织,裂纹样热影响区金相组织,两个部位的金相组织都存在较多的马氏体组织,且马氏体的位向比较明显。对两个部位的马氏体区域进行显微维氏硬度检测,硬度分别为405HV0.3,414HV0.3。

  管板焊缝含有较多的马氏体组织,相比于正常焊态下的铁素体+粒状贝氏体组织,其裂纹扩展门槛值显著降低,裂纹扩展速度显著提高。微裂纹产生后,会迅速发展为宏观裂纹,大大降低了空冷器的使用寿命,导致在试运行阶段,管板焊缝出现多处氢致裂纹开裂的情况。

3.结语

  (1)从管板焊缝的使用工况、裂纹宏观形貌及H元素含量三方面可判定管板焊缝裂纹为氢致裂纹。

  (2)管板焊缝和热影响区均含有较多的马氏体组织,其裂纹扩展门槛值低,裂纹扩展速度较快,大大降低了空冷器的使用寿命。


管板管角焊缝

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