高压换热器U形管管口开裂分析

　　量￡剌与失软分析高压换热器u形管管口开裂分析何录武，陈进谢立奎，杨胜林（华东理工大学化机研究所，上海200237）（中石化清江石化有限责任公司，淮安223002）微观分析。检验结果显示，换热管材料的化学成分和力学性能符合相关标准的要求，显微组织正常；换热器管口开裂为连多硫酸应力腐蚀开裂。

　　年11月建成投产，主要产品为D系列低硫低芳烃特种溶剂油。装置中有一组高压U形管换热设备E001/A及B（反应流出物/低分油），规格（内径X壁厚X总长）为2.5mm，管程总数为（27X2）根（2个流程），壳体和换热管材料均为Crl8NilTi奥氏体不诱钢，换热器的操作条件见表1.低分油中含有H2S，H2和N2，其中硫化氢浓度约为300500mg/L.反应流出物中含有H2S，H2和Cl―，其中H2S浓度约为18 00020000mg/L.除此之外，反应流出物中还含有HC1和NH4Cl等杂质，其中氯离子含量视常减压电脱盐装置的脱氯效果而定。自1999年12月以来，由于所炼原油表1E001换热器操作参数项目压力/MPa温度/°c介质壳程低分油管程反应流出物中硫的含量比较高，多次出现E001/A及B管板与管子连接处泄漏。裂纹在管口焊缝处，为纵向裂纹。

　　笔者对换热器管口开裂的原因进行分析。

　　1理化检验1.1宏观检验换热器管板宏观形貌见。着色后显示，在管子与管板焊接部位沿管子轴向有裂纹，见。1.2化学成分分析对换热管材料的化学成分进行分析，结果见表2.分析结果表明，换热管材料的化学成分符合何录武等：高压换热器u形管管口开裂分析彦圯艟瞄-物理分表3换热器管子拉伸性能测试结果表2换热管材料的化学成分（质量分数）项目实测值口表面有腐蚀产物，并呈泥状花样，其成分中含硫、氧和氯元素。GB13296-1991《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》标准中对0Crl8Nil0Ti不锈钢化学成分的要求。

　　1.3常温拉伸性能从换热器管子上取样进行常温拉伸性能试验。

　　拭验按GB228/T准对0Crl8Nil0Ti不锈钢钢管的拉伸性能要求。

　　1.4金相检验对换热器管材料的显微组织及管口裂纹形态进行观察和分析，结果示于和。换热管母材的显微组织为均匀的奥氏体和少量析出碳化物，管口有明显的沿晶裂纹，主裂纹呈混晶扩展形态。

　　1.5断口扫描电镜及腐蚀产物能谱分析对断口形貌进行扫描电镜分析，并对断口腐蚀》产物成分进行能谱分析，结果示于和。断2开裂原因分析和结论试验表明，换热管材料的化学成分和力学性能符合相关标准的要求，显微组织正常。裂纹的显微形态显示，裂纹呈沿晶和穿晶的混晶扩展形态，为应力腐蚀裂纹，并伴有晶间腐蚀。断口腐蚀产物为硫化物和氧化物，并含有氯离子。换热器管程介质中硫化氢含量较高，运行过程中与铁反应生成FeS，在停工或检修过程中遇到氧和空气生成连多硫酸，形成不锈钢产生应力腐蚀的特定介质M. OCrlSNilOTi钢为含钛的奥氏体不镑钢，经稳定化处理后具有较好的抗敏化和连多硫酸应力腐蚀性能。由于换热管与管板的连接为胀焊结构，焊接过程中，管口温度远篼于8991：稳定化热处理温度，这就不可避免的造成管口材料敏化M.换热管与管板焊后也未进行消除应力热处理，因而存在较高的何录武等：高压换热器u形管管口开裂分析口裂纹的形态为混晶扩展形态。

　　综上分析，E001换热器管口开裂为连多硫酸应力腐蚀开裂。

　　（1）为预防连多硫酸应力腐蚀开裂，管子与管板焊接后，应经消除应力处理，降低焊接残余应力。

　　（2）严格限制介质中氯离子、硫化氢和液态水的含量。装置停车时，先用氮气或惰性气体吹扫，直到系统中的水分吹干并维持正压。

　　（3）不必打开的不锈钢设备、管道及容器，在氮气吹扫后可用盲板密封且应保持。

　　5MPa以上的正压，使设备内部与空气隔绝；必须打开检修的设备、管道及容器应用碱液冲洗或浸泡，强制循环冲洗时间应维持4h以上。