焦化加熱爐輻射爐管腐蝕失效分析

焦化加熱爐輻射爐管腐蝕失效分析應用掃描電子顯微鏡、能譜分折以及X射線衍射儀對焦化加熱爐輻射爐管的高溫腐蝕產(chǎn)物外貌特征，腐蝕物成分以及物相進行了分析，結(jié)果表明，由于爐膛操作溫度過高，且燃料中含硫，Cr5Mo爐管不但發(fā)生高溫氧化腐蝕，還發(fā)生高溫硫腐蝕，使加熱爐輻射爐管破壞加巨，最終導致爐管失效，同時提出了預防措施。Cr5Mo鋼具有良好的抗腐蝕性能和適中的高溫機械性能，是石油化工設備常用的金屬材料。玉門油田煉化總廠焦化車間使用這種材料制成的焦化加熱爐輻射爐管投入后，2007年至2010年在短短3年中卻發(fā)生了嚴峻的腐蝕，其中2010年大檢修針對輻射爐管腐蝕嚴峻的15根爐管進行更換，2013年大檢修爐管腐蝕嚴峻的12根爐管進行更換，表面腐蝕產(chǎn)物一層層剝落。有些部位嚴峻減薄。本討論工作針對這一現(xiàn)象，對輻射爐管使用環(huán)境及其腐蝕產(chǎn)物的形貌、成分、物相進行分析，旨在找出腐蝕失效的緣由及改進措施。腐蝕產(chǎn)物檢測高溫腐蝕產(chǎn)物外貌特征宏觀可見，腐蝕產(chǎn)物極易呈片狀剝落，片狀物大小不一，新剝落的腐蝕片，外表呈暗紅色凹凸不平，內(nèi)表面呈光滑瀝青狀，觀看腐蝕片的截面，有層狀結(jié)構(gòu)。掃描電子顯微鏡形貌觀看，用掃描電子顯微鏡觀看片狀腐蝕產(chǎn)物的截面。上部為腐蝕片的外層，此部位的腐蝕物組織疏松不連續(xù)；下部是腐蝕片的內(nèi)層，即靠近基體的部位，此處的組織相對細密；內(nèi)外層之間有一中間層，此層組織的緊密程度介于內(nèi)外層之間，在外層與中間層交界處，中間層與內(nèi)層交界處，分別觀看到斷斷續(xù)續(xù)的裂紋。利用掃描電子顯微鏡分析可以更宏觀推斷焦化加熱爐輻射爐管腐蝕產(chǎn)物組織結(jié)構(gòu)，焦化加熱爐輻射爐管外壁溫度為742℃左右，超過了Cr5Mo鋼的相宜溫度，故發(fā)生高溫氧化腐蝕。長期超溫運行所造成損傷的程度依次為氧化、滲碳及組織變化；壁厚減薄程度是評價管能否連續(xù)使用的首要依據(jù)。能譜分析，對剝落片截面進行掃描電鏡的能譜分析，在截面的不同部位均可檢測出Fe、S、Na、Cr、Si、Mg等元素．不同部位其元素的相對質(zhì)量不相同。從外層到內(nèi)層，硫化物的含量漸漸依次遞減，S含量由33.34％下降到9％再減為2.5％。在內(nèi)表面呈光滑瀝青狀的部位測定Fe、C、S3種元素的質(zhì)量百分含量分別是32.13％、0.16％和1.60％。由于燃燒高壓瓦斯氣，燃燒產(chǎn)物使爐內(nèi)硫化氫分壓變高，還發(fā)硫化氯腐蝕，且硫化速度比氧化速度要大幾數(shù)量級，所以Cr5Mo輻射爐管在短時間內(nèi)消失嚴峻腐蝕，隨著腐蝕進行，輻射蝕產(chǎn)物變厚，腐蝕膜的內(nèi)應增大，特殊是硫化物生長產(chǎn)生的應力比氧化物生長產(chǎn)生的應力大很多，在應力作用下，腐蝕呈層狀剝落的形式。X射線衍射物相分析。剝落片的X射線衍射物相分析表明，片的主要物相是Fe304、Fe203、FeS2。從X射線衍射物相分析表明：降低燃料氣中的硫化物是提高加熱爐爐管使用壽命的關鍵因素。腐蝕類型及緣由分析對焦化加熱爐工作條件進行測定，管內(nèi)的渣油入口溫度370℃，出口溫度變?yōu)?911℃，爐膛溫度約742℃。爐膛燃燒的高壓瓦斯，高壓瓦斯內(nèi)含多種形式的硫化物。綜合以上檢測結(jié)果，可以知道剝落的片狀物，包括內(nèi)表面呈光滑瀝青狀的部位都爐管腐蝕的產(chǎn)物，而不是燃燒的垢物，腐蝕物的物相基本是氯化物和硫化物，爐管發(fā)生了高溫氧腐蝕和硫腐蝕。爐管發(fā)生腐蝕的緣由有二：一是操作溫度過高。依據(jù)現(xiàn)場測定，爐膛溫度達到了700℃以上甚至有的部位達到800℃．而Cr5Mo鋼相宜溫度為650℃以下。材料在高溫工作中造成嚴峻