加氫尾油對裂解爐管焊縫穿孔泄漏腐蝕

1、復(fù)旦大學(xué)中國特種設(shè)備檢測研究院中國特種設(shè)備檢測研究院加氫尾油加氫尾油對裂解爐管焊縫腐蝕機(jī)制分析對裂解爐管焊縫腐蝕機(jī)制分析及對策及對策中國特種設(shè)備檢測研究院中國特種設(shè)備檢測研究院壓力容器事業(yè)部壓力容器事業(yè)部 20152015年年6 6月月 上海上海前期課題對腐蝕減薄造成爐管損傷的調(diào)研前期課題對腐蝕減薄造成爐管損傷的調(diào)研1加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析2對策對策3提綱腐蝕減薄造成爐管損傷的調(diào)研腐蝕減薄造成爐管損傷的調(diào)研(1) 熔鹽熔鹽腐蝕腐蝕裂解原料中含有微量的硫是造成爐管內(nèi)部腐蝕減薄主要原因之一。根據(jù)硫和硫化物對金屬的化學(xué)作用，分為活性硫化物和非活性硫化物。在爐

2、管腐蝕過程中，主要以活性硫化物活性硫化物為主，活性硫化物如 H2S，硫醇和單質(zhì)硫，這些成分在大約 350400能與金屬直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。影響到高溫硫腐蝕的因素很多，腐蝕的大小隨溫度，硫化氫濃度以及材質(zhì)的不同而改變。溫度影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是溫度升高促進(jìn)了硫等與金一是溫度升高促進(jìn)了硫等與金屬的反應(yīng)屬的反應(yīng)；二是促進(jìn)了原油中非活性硫的分解。二是促進(jìn)了原油中非活性硫的分解。材料不同，抗高溫硫腐蝕的性能也不同，抵抗能力主要隨設(shè)備材質(zhì)中鉻含量的增加而增加。腐蝕減薄造成爐管損傷的調(diào)研腐蝕減薄造成爐管損傷的調(diào)研(2) 沖刷腐蝕沖刷腐蝕為防止裂解氣發(fā)生二次反應(yīng)，裂解氣在爐管內(nèi)的停留時(shí)間很短，流動速度很高，高

3、速流動物料的沖刷高速流動物料的沖刷，是引發(fā)爐管內(nèi)部減薄的又一個(gè)原因。(3) 高溫氧化高溫氧化在高溫下，爐管內(nèi)壁發(fā)生滲碳后，析出碳化物M7C3，與基體相比，碳化物更易于被氧化，碳化物的高溫氧化促進(jìn)了裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。由于爐管外壁直接受火，在高溫條件和含氧環(huán)境中，爐管外壁發(fā)生高溫氧化。輻射爐管表面的氧化損壞程度與裂解爐噴嘴火焰的分布狀況相關(guān)，迎火面較背火面重的多，如果由于對流室不暢等原因?qū)е禄鹱炱?，則火焰偏向面較偏離面嚴(yán)重23倍，輻射爐管的嚴(yán)重氧化不僅導(dǎo)致了爐管的頻繁更換，而且也給安全生產(chǎn)帶來了隱患，尤其是當(dāng)爐管局部結(jié)焦導(dǎo)致該處過熱時(shí)，很容易造成爐管燒穿。腐蝕減薄造成爐管損傷的調(diào)研腐蝕減薄造成爐

4、管損傷的調(diào)研總之，在高溫硫腐蝕、高溫氧化和物料沖刷的綜合作用高溫硫腐蝕、高溫氧化和物料沖刷的綜合作用下，爐管發(fā)生減薄。在直管上，流體在管子內(nèi)表面圓周方向分布均勻，因此直管段發(fā)生均勻減薄；彎頭附近，氣流經(jīng)彎頭后的分布發(fā)生變化，氣流沿一側(cè)流動，減薄主要在該側(cè)發(fā)生，且越靠近彎頭，減薄得越嚴(yán)重。案例1 - 裂解爐管幅射段彎頭腐蝕穿孔加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析兩個(gè)彎頭都在爐管與彎頭的焊縫部位出現(xiàn)較大的腐蝕孔洞。除穿孔部位外，爐管及彎頭外壁狀況良好，未見明顯缺陷。腐蝕孔洞形狀非常不規(guī)則。在爐管腐蝕孔洞附近取樣，觀察到爐管內(nèi)壁母材無異?，F(xiàn)象，但內(nèi)壁焊縫有整圈的腐蝕坑，腐

5、蝕坑邊界圓滑，互相交連在環(huán)焊縫形成較深的溝槽，局部已由內(nèi)向外擴(kuò)展至穿透，呈典型的燒蝕形貌。 BA103裂解爐輻射段爐管材質(zhì)為Cr25Ni35，壓力為低壓。服役6年后，輻射段爐管下部兩個(gè)彎頭在運(yùn)行過程中發(fā)生泄漏。本次失效爐管焊縫合金的Cr約為22%，Ni為62%，正處于硫腐蝕最敏感的合金組合情況，在此種條件下，焊縫比母材更易于發(fā)生硫腐蝕反應(yīng)。焊縫合金產(chǎn)生硫腐蝕后不僅形成疏松的硫化鎳疏松的硫化鎳，最主要的是Ni與Ni的硫化物會形成低熔點(diǎn)共晶物NiNi3S2(熔點(diǎn)僅為645)，而乙烯裂解爐輻射段爐管表面溫度正常在9501100，此時(shí)將會在金屬中有液相現(xiàn)，導(dǎo)致晶粒熔化脫落，腐蝕孔洞形貌呈典型的燒蝕狀

6、案例1 -裂解爐管幅射段彎頭腐蝕穿孔加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析案例1 -裂解爐管幅射段彎頭腐蝕穿孔高Ni焊絲具有Cr含量低和Ni量高的特點(diǎn),導(dǎo)致焊縫合金成分組合處于硫腐蝕非常敏感的區(qū)域,在含硫介質(zhì)中發(fā)生高溫硫腐蝕在含硫介質(zhì)中發(fā)生高溫硫腐蝕,并產(chǎn)生鎳的低熔點(diǎn)共晶物并產(chǎn)生鎳的低熔點(diǎn)共晶物是引起焊縫穿透失效的原因是引起焊縫穿透失效的原因。加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析某化工廠裂解爐BA114是SINOPEC Tech.和ABB Lummus Global共同開發(fā)，以

7、HVGO為基礎(chǔ)原料，HGO和石腦油為替代原料。裂解爐BA114輻射段爐管焊縫泄漏主要集中在2011年8月至2011年10月30日期間檢修產(chǎn)生的新焊縫上。 失效部位焊縫內(nèi)表面有整圈“減薄溝槽”，局部已由內(nèi)向外擴(kuò)展至穿透，“減薄溝槽”邊界圓滑并且相互交連，呈現(xiàn)典型的燒蝕形貌。仔細(xì)觀察腐蝕部位“減薄溝槽”表現(xiàn)為熔化斷口狀，并且表面有大量腐蝕產(chǎn)物。 案例2 本次失效爐管焊縫投用前的檢修過程中均經(jīng)射線檢測合格，在開爐運(yùn)行最短6天（最長19天）就發(fā)生了焊縫腐蝕穿透，并且失效爐管內(nèi)壁母材未見異常，失效部位焊縫呈現(xiàn)典型的燒蝕形貌。介質(zhì)中的硫在高溫下對爐管產(chǎn)生高溫硫腐蝕，反應(yīng)類型有兩類:（1）高溫混合氣氛下的高

8、溫金屬硫化；（2）含硫介質(zhì)與雜質(zhì)反應(yīng)生成硫酸鹽在金屬表面沉積產(chǎn)生的熱腐蝕。u 在含Cr量大于50%，或含Ni大于65%時(shí)，Ni元素含量變化對硫腐蝕的影響并不明顯； u 在含Cr量為20%25%時(shí)，Ni含量如小于20%時(shí)，Ni元素含量的不利影響也不明顯；u 當(dāng)Ni量超過20%時(shí)，其不利影響逐漸顯現(xiàn)，且隨Ni增加硫腐蝕速率增加。 加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析案例2 加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析腐蝕機(jī)理腐蝕機(jī)理 熔鹽腐蝕：Na2SO4+ NiSO4熔點(diǎn)670C； Ni-Ni3S2熔點(diǎn)645C 高溫?zé)岣g：表面熔鹽沉積物引起金屬和

9、合金在高溫氣體環(huán)境下的加速氧化，特別是Na2SO4(本質(zhì)是硫化物導(dǎo)致的加速氧化過程)加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析加氫尾油導(dǎo)致爐管穿孔腐蝕機(jī)制分析高壓加氫尾油：高壓加氫尾油：開環(huán)比較徹底，直鏈烷烴含量達(dá)50%以上，環(huán)烷烴在40%以下中壓加氫尾油：中壓加氫尾油：開環(huán)相對不徹底，直鏈烷烴少兒環(huán)烷烴含量高芳香烴含量為芳香烴含量為4%時(shí)，管壁溫度平均每天升高時(shí)，管壁溫度平均每天升高24C，環(huán)烷烴，環(huán)烷烴含量升高，是否會導(dǎo)致爐管管壁升溫？含量升高，是否會導(dǎo)致爐管管壁升溫？Ni-Ni3S2熔點(diǎn)熔點(diǎn)645C，加氫尾油的干硫點(diǎn)約為，加氫尾油的干硫點(diǎn)約為700C？對策對策投料方式：先投石腦油投料方式：先投石腦油7-10天，再投加氫尾油天，再投加氫尾油焊絲問題：絕大部分是用鎳基焊絲出問題，母材焊絲只出焊絲問題：絕大部分是用鎳基焊絲出問題，母材焊絲只出少量問題少量問題高壓加氫尾油發(fā)生腐蝕要遠(yuǎn)少于中壓加氫尾油：環(huán)烷烴含高壓加氫尾油發(fā)生腐蝕要遠(yuǎn)少于中壓加氫尾油：環(huán)烷烴含量？組分波動？量？組分波動？對策對策1、爐管優(yōu)化（1）材料優(yōu)選：ODS合金（機(jī)械合金化制造，有高抗蠕變強(qiáng)度（HP合金的23倍）和高亢腐蝕性（2）爐