賈振柱

(中國(guó)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(guó)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(shí)發(fā)生了泄漏。軟管型號(hào):10JR50，規(guī)格:DN50，壓力:0.5 MPa，介質(zhì):燃料氣。停工檢修大約半個(gè)月左右，泄漏的軟管使用周期從幾個(gè)月到1 a 多不等。為了查明軟管發(fā)生泄漏的原因，對(duì)泄漏軟管進(jìn)行綜合檢測(cè)分析，以確定其失效原因。

1 檢測(cè)分析內(nèi)容和結(jié)果

1.1 拆除軟管防護(hù)網(wǎng)宏觀檢查

1.1.1 檢測(cè)內(nèi)容選擇其中一條泄漏軟管，拆除軟管防護(hù)網(wǎng)，對(duì)軟管外觀進(jìn)行觀察，檢查腐蝕情況、泄漏位置。

1.2.2 檢測(cè)結(jié)果

圖1 是軟管外觀形態(tài)。從圖1 可以看出，軟管整個(gè)外壁均存在一定量的銹垢沉積物，較嚴(yán)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(xiàn)場(chǎng)拆除防護(hù)網(wǎng)用氣割方式沉積物呈現(xiàn)燒焦形態(tài)。經(jīng)過仔細(xì)檢查，在軟管整個(gè)長(zhǎng)度中共發(fā)現(xiàn)5 個(gè)腐蝕孔類的泄漏點(diǎn)，見圖3。

1.2 軟管泄漏點(diǎn)取樣與宏觀檢查

1.2.1 檢測(cè)內(nèi)容

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

圖1 軟管外側(cè)防護(hù)網(wǎng)上的銹垢沉積

圖2 軟管里的沉積物

圖3 軟管的泄漏點(diǎn)(軟管外壁絲網(wǎng)拆除后)

1.2.2 檢測(cè)結(jié)果

從軟管試樣內(nèi)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(nèi)壁為黑色燃料氣介質(zhì)與鐵銹沉積物。軟管內(nèi)外壁有腐蝕孔，最大約為1.5 mm，屬于點(diǎn)蝕孔。軟管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)未腐蝕穿透的點(diǎn)蝕坑，而軟管外壁沒有，說明軟管主要為內(nèi)壁腐蝕穿孔，見圖4。

圖4 軟管試樣內(nèi)壁點(diǎn)蝕孔和點(diǎn)蝕坑

1.3 軟管試樣內(nèi)外壁微觀檢測(cè)

1.3.1 檢測(cè)內(nèi)容

選取2 個(gè)軟管試樣，用掃描電鏡分析內(nèi)外壁微觀形貌，用能譜分析儀檢測(cè)內(nèi)外壁表面腐蝕產(chǎn)物成分。

1.3.2 檢測(cè)結(jié)果

圖5 是軟管內(nèi)壁點(diǎn)蝕孔形貌。由圖5 可以看出，軟管內(nèi)壁存在點(diǎn)蝕孔和點(diǎn)蝕坑。而外壁只有內(nèi)壁腐蝕穿透的孔洞，未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕坑，設(shè)說明軟管主要為內(nèi)壁腐蝕穿孔。

表1 是軟管內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物組分，表2 是軟管外壁腐蝕產(chǎn)物組分。由表1 和表2 可以看出，軟管的內(nèi)壁在點(diǎn)蝕孔和點(diǎn)蝕坑附近普遍存在Cl 元素，軟管的外壁未發(fā)現(xiàn)Cl 元素。

圖5 軟管內(nèi)壁點(diǎn)蝕孔形貌 40 ×

表1 軟管內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物成分

表2 軟管外壁腐蝕產(chǎn)物成分

1.4 軟管材質(zhì)成分檢測(cè)

1.4.1 檢測(cè)內(nèi)容

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

1.4.2 檢測(cè)結(jié)果(見表3)

表3 軟管材質(zhì)主要成分 w，%

1.4.3 結(jié)果分析

由表3 可以看出，軟管材質(zhì)主要成分符合GB 1220-2007《不銹鋼棒》對(duì)304 不銹鋼的主要成分要求，確認(rèn)軟管材質(zhì)為304 不銹鋼。

1.5 軟管組織中夾雜物檢測(cè)

1.5.1 檢測(cè)內(nèi)容

在軟管上截取1 個(gè)試樣，經(jīng)過水砂紙、金相砂紙細(xì)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(cè)夾雜物成分。

1.5.2 檢測(cè)結(jié)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(jié)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(shù)量和大小的非金屬夾雜物，夾雜物呈現(xiàn)顆粒狀。表4 成分檢測(cè)結(jié)果表明，夾雜物主要為氧化物。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢測(cè)法》，圖6 和圖7 中夾雜物屬于B 類，評(píng)級(jí)為0.5 級(jí)。

1.6 軟管金相組織檢測(cè)

1.6.1 檢測(cè)內(nèi)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(duì)試樣進(jìn)行金相組織分析。

1.6.2 檢測(cè)結(jié)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(fā)現(xiàn)晶間腐蝕痕跡。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6394-2002《金屬平均晶粒度測(cè)定圖譜》，晶粒度評(píng)級(jí)為6 級(jí)，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(duì)軟管進(jìn)行了宏觀和微觀檢測(cè)分析、材質(zhì)成分分析、夾雜物及金相組織分析，可以得到以下結(jié)果:

(1)軟管材質(zhì)分析結(jié)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(diǎn)蝕能力差;

(2)軟管泄漏是由于內(nèi)壁腐蝕穿孔造成的，內(nèi)壁腐蝕類型為點(diǎn)蝕，未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕痕跡;

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

2.2 腐蝕介質(zhì)來源分析

(1)燃料氣含有大量H2S 和CO2(大于1 000 mg/kg)，但單獨(dú)作用不會(huì)造成304 不銹鋼點(diǎn)蝕，否則整個(gè)軟管都會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕，并且平時(shí)使用過程中就會(huì)腐蝕泄漏;

(2)造成軟管點(diǎn)蝕的是304 不銹鋼最敏感介質(zhì)Cl-，一部分來源于停工檢修時(shí)的吹掃蒸汽冷凝水，另一部分來源于燃料氣在軟管內(nèi)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(nèi)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(xué)腐蝕促進(jìn)作用及H2O 和H2S 的作用，加速了點(diǎn)蝕發(fā)生。

3 建議措施

(1)軟管在使用過程和檢修時(shí)，盡量避免接觸含Cl-介質(zhì)，尤其是檢修時(shí)，及時(shí)除垢和排凈殘液，避免含Cl-介質(zhì)對(duì)軟管產(chǎn)生點(diǎn)蝕;

(2)軟管材質(zhì)升級(jí)為耐Cl-點(diǎn)蝕能力較強(qiáng)的316L 不銹鋼。