加氢反应器出口管线底部接管开裂修复及分析

吕佳琪

（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）

某加氢精制装置以焦化汽柴油为原料，在适当的温度、压力、氢油比和空速条件下，原料油和H2在催化剂的作用下进行反应，使油品中的杂质，即硫、氮、氧化物转化成为相应的烃类及易于除去的H2S、NH3和H2O而脱除，同时，一部分不饱和烃(包括芳烃)得到加氢饱和，改进油品质量，生产出安定性、燃烧性较好的精制柴油产品；该装置在运行中反应器出口管线底部接管发生开裂。管道介质主要是油气、H2、H2S其他烃类，见表1。

表1 管道基本情况

1 检验分析

1.1 接管宏观、低倍分析

接管开裂位置已切割下来，见图1、2，接管加强管座的上端连接着出口管线的底部，接管加强管座的下端连接导淋阀，裂纹集中出现在接管与出口管线底部连接的焊缝区域，见图2。

图1 接管加强管座纵截面宏观形貌

图2 接管加强管座横截面宏观形貌

在接管加强管座与出口管线之间的环形接管焊缝处（横截面）有多条裂纹存在，裂纹由接管内壁向外扩展，并有分叉，呈树枝状，具有奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的特征，见图3。

图3 接管的低倍形貌

1.2 接管材质分析

从接管（焊缝）上切取块状样品，依据相关标准，使用光谱仪等，对材质进行化学分析。结果表明，接管材质成分符合321不锈钢标准要求；焊缝材质是304L不锈钢，见表2。

表2 接管（焊缝）材质化学分析（wt%）

1.3 金相分析

在接管上切取金相样品，经预磨、抛光、腐刻后，在显微镜下分析，裂纹起源于接管的内壁，由内向外穿晶扩展；裂纹有分枝，呈树枝状，接管管壁金相组织为奥氏体+少量铁素体，金相分析表明，接管开裂失效性质为为奥氏体不锈钢的应力腐蚀破坏，见图4。

图4 接管金相组织

1.4 接管断口的电镜分析

使用扫描电镜，对接管断口形貌观察和元素成分能谱分析。接管断口上覆盖着腐蚀产物，可见沿晶断裂的痕迹，为脆性断裂，具有不锈钢应力腐蚀破坏特征；能谱分析表明，接管断口表面产物主要由C、O、Na、S、Fe、Cr、Ni等元素构成，其中S含量很高，未检测到Cl，见图5。

图5 接管断口的OM+SEM+EDS

2 综合分析

接管开裂位置在接管加强管座与管线底部的焊缝处及附近，裂纹具有应力腐蚀破坏特征，其主要影响因素有：管线内的腐蚀性介质、接管加强管座与管线焊接处的应力状态、接管及焊缝的材质性质等。

（1）接管内的介质构成为H2、H2S、HCl、油气等，其中H2S、HCl与油气的H2O就会构成一个H2S-HCl-H2O的腐蚀环境，对接管材料产生腐蚀破坏作用。能谱分析表明，接管断口上有C、O、S、Na、Fe、Cr、Ni等元素存在，其中S、O的含量均很高，尤其是S。虽然未检测到Cl，但还不能排除介质中的微量的Cl元素存在。

研究表明，在300℃温度下，Cl-的存在易诱发18-8型奥氏体不锈钢应力腐蚀裂纹，而且不论介质中含液态水、或高温蒸汽、或过热蒸汽均可发生。即使没有Cl的存在，只要在一定量的S、O存在的条件下，18-8型奥氏体不锈钢（固溶态、敏化态）同样也能够发生应力腐蚀破坏。

（2）裂纹发生在出口管线底部与接管加强管座相连的焊缝区，焊缝金属（铸态组织）和加强管座侧热影响区开裂尤为重要，原因就是管座壁厚和焊缝截面较大，因此，焊接的残余应力很大。

（3）接管及焊缝材质为321和304L不锈钢，在H2S-HCl-H2O环境下是对应力腐蚀破坏发生较为敏感的材料，尤其在接管的焊缝及热影响区会更加严重。

（4）接管为下导淋管，位于出口管线（水平）的底部，该处存在焊缝缝隙等，易于管线内介质滞留，有害腐蚀元素容易积累。

在腐蚀介质存在局部应力集中，且材料对应力腐蚀破坏较为敏感的情况下，接管加强管座处发生应力腐蚀开裂，造成管线内介质泄漏。

3 结论及建议

3.1 结论

（1）接管的开裂失效性质为奥氏体不锈钢的应力破坏。

（2）接管内的腐蚀性介质O、S、Cl、接管加强管座焊缝处的应力集中和接管（焊缝）材质对应力腐蚀的敏感性，是导致接管发生应力腐蚀破坏的三个主要因素。

3.2 建议

对于高温高压、易燃易爆的压力容器、管道等设备的管理及检验不仅要对设备本体重视，更要对与压力容器、管道连接的压力表、液位计、排液导淋、控制手阀、热电偶等附件的直径较小接管更加重视，这些接管部位在使用过程中更容易发生泄漏。