1、一、 前言錦州石 化 公 司 蒸 餾 車 間 的 油 換 熱 器 開 裂 泄 漏 問 題 較 為 突 出 , 其中一臺換熱器使用壽命僅為 6個月 , 運行時間明顯比其他 換熱器短。因此 , 選兩臺具有代表性的換熱器 , 對開裂原因及使 用壽命差異進行研究。兩臺換熱器分別為原油渣油四次換熱 器 (A 和初底常二中一 次 換 熱 器 (B , 換 熱 器 A 于 1993年 5月投入使用 , 運行時間較長 , 于 2002年 10月發生容器殼體開 裂 ; 換熱器 B 由 2002年 4月投用 , 運行時間相 當 短 , 僅 使 用 半 年 , 容器殼體就發生開裂。兩臺換熱器材料均為 16MnR ,

2、 壁厚分 別為 18mm 和 14mm , 殼程設計壓力分別為 2.5MPa 和 2.8MPa , 操作壓力分別為 0.50.7MPa 和 2.52.8MPa , 殼程設計溫度分別 為 200 和 220 , 操作溫度分別為 140 和 200 , 殼程介質分 別為原油和拔頭油。兩臺換熱器開裂都相當嚴重 , 開裂處的裂紋相似 , 均發生于容器殼體或封頭的內壁環焊縫上。 粗大裂紋的取向均垂直于焊縫 , 即橫向裂紋。現場探傷顯示 , 臥式容器靠近底部區域的裂紋遠比頂部區域嚴重 , 裂紋大、深、 且多。二、 測試結果1. 化學成分分析采用化學方法對換熱器母材和焊縫的化學成分進行分析 , 結果如表 1

3、。由表 1可以看出 , 兩臺換熱器殼體鋼板母材和殼體鋼板焊縫的化學成分均符合標準GB6654-86的規定要求。 但是 , 換熱器 A 的殼體鋼板母材中的碳元素與換熱器 B 相比 , 卻 明顯較低。2. 常規力學性能測定根據兩 臺 換 熱 器 殼 體 裂 紋 的 長 度 方 向 均 為 沿 容 器 軸 向 方 向 , 因此 , 力學性能試樣、 沖擊韌性試樣、 斷裂韌性試樣均采用換 熱器殼體的環向取樣 , 測定結果見表 2。由表 2中結果可知 , 換熱器 A 殼體材料室溫性能完全符合 國家標準。但是換熱器 B 殼體材料室溫性能中的沖擊功 A K V 只 有 24J , 明顯低于規定值 27J 。另

4、外 , 盡管換熱器 A 和 B 都是 16MnR , 但是 , B 材料的室溫 b 和 S 分別高出 A 材料 121MPa 和 64MPa , 而延伸率卻低了近 7%。由此說明 , 換熱器 B 的強度 高出 A 很多 , 塑性和沖擊韌性明顯低于 A 。又由于 B 殼體材料 中的碳元素明顯高于 A , 從而造成兩臺換熱器的使用差異。 而各容器 壁厚 /mm 實驗溫度 / b /MPa s /MPa s /%/%沖擊功 /(A K V /J A 18 155233443573147 1404833102872B 14 15641408297124 2006463831854容 器 材料區位 C

5、Si Mn P S Cr Ni CuA 母材 0.160.431.510.0170.013<0.05<0.05<0.05焊縫 0.090.271.420.0240.012<0.05<0.05<0.05B母材 0.200.401.380.0270.019<0.05<0.05<0.05焊縫 0.0850.461.180.0180.009<0.05<0.05<0.05 16MnR 標準GB6654-86 200.20/0.601.20/1.60 0.035 0.035表 1換熱器 A 和 B 殼體材料成分分析結果 wt%表 2換

6、熱器殼體材料常規力學性能室溫和操作溫度下的測定結果煉油廠換熱器使用壽命差異分析戚 欣摘要 對使用條件相似而使用年限相差較大的兩臺換熱器腐蝕和開裂現象分析 , 發現兩臺換熱器使用壽命差異的根本原因。 得 出結論 :換熱器殼體材料開裂是由于在使用條件下發生應力腐蝕引起 ; 換熱器在較短時間內開裂是服役過程中承受壓力較大、 環境 惡劣及材料斷裂韌性低的綜合作用。關鍵詞 換熱器 應力腐蝕開裂 16MnR 鋼中圖分類號 TE965文獻標識碼 B老化造成的失效 , 其次因其是運動部件 , 很可能會出現機械磨損 或部件脫落現象。(2 不要試圖用任何東西清理讀數頭上的光學器件 , 尤其是 有機溶劑 , 可能會

7、加劇電路板老化并破壞透鏡上的鍍膜涂料。 (3 維修光柵尺是一項細致的工作 , 要事先做好一切準備 , 包括技術咨詢、 元器件的選型配備、 維修中的輕拿輕放、 避免污 染等都要注意 , 真正稱得上是一件細節決定成敗的工作。 W07.08-12 作者通聯 :北京二七機車廠有限責任公司資產管理部精修 室 北京市豐臺區長辛店楊公莊 1號 100072E-mail :smz7788 編輯 利 文"""""""""""""""""&quo

8、t;""""""""""""""""""""""""""""" 維 護 與 修 理 ! "設備管理與維修 2007 8設備管理與維修 2007 8自操作溫度下的材料斷裂韌性 c 的測定結果表明 , 焊縫區、 熱 影響區和遠離焊縫母材區 A 的測定值明顯高于 B 的測定值。 同 樣 , 室溫下換熱器

9、A 殼體材料母材的斷裂韌性 K IC 值比換熱器B 的值高出了 76MPam 1/2。換熱器 B 材料的 K IC 值僅為換熱器 A的 65%。3. 換熱器殼體材料的硬度測定可以看到 , 換熱器 A 殼體材料的硬度處于較 低 的 狀 態 , 而 B 材 料 遠 離 焊 縫 母 材區的硬度值不 僅 高 出 近焊縫母材區 的 硬 度 值較多 , 甚至 還 高 出 了其焊縫區和 熱 影 響 區的硬度值 , 從 而 表 明 換 熱 器 B 殼 體 材 料 處 于 較 高 強 度 水 平。4. 金相組織的檢查從換熱 器 A 和 B 殼體上制備裂 紋 橫 截 面金相試樣 , 觀 察 裂 紋沿換熱器殼 體

10、縱 深 方向發展狀況 , 結 果 如圖 1、 2、 3所示。裂 紋 明 顯 具 有 共 同的特征 :裂 紋 均 從 換熱器殼體內 壁 表 面 開 始 向 外 壁 表 面 擴 展 ; 裂紋起始 部 位 金 屬 未 見 塑 性 變 形 ; 裂 紋寬度較窄 , 向 縱 深 擴展較深 , 許 多 裂 紋 已穿透了換熱 器 殼 體 焊縫區的壁厚 ; 裂 紋 分 為 主 干 和 分 枝 , 主 干 裂 紋 的 擴 展 方 向 既 垂 直 于 換 熱 器 的 殼 體 表 面 , 又 垂 直 于 換 熱 器 殼 體 運 行 時 所 受 外 力 的 最 大 主 應 力 方 向 ; 裂 紋 主 要 是 沿 材 料

11、 的 晶 粒 邊 界 擴 展 , 少 量 區 域 則 呈 現 穿晶擴展。5. 裂紋斷口的檢查與分析首先對斷口的原始表面進行了觀察和分析 , 可以看到斷口 表面被一層較厚的腐蝕產物所覆蓋 , 而未穿透裂紋深部的斷口 微觀形態 , 表面亦呈現出較厚腐蝕產物 , 其中多為朽木狀或結晶 狀物質。 能譜分析表明 , 其中主要含有碳、 硫、 鈉和硅等元素。 斷 口附近金屬未見明顯塑性變形 , 呈脆性開裂特征。 裂紋的擴展方 向為垂直于焊縫的方向。6. 換熱器殼程介質中的有害成分分析為了查明換熱器 A 和 B 出現嚴重開裂的介質因素 , 從兩臺換熱器中抽取各自殼體的試樣 , 進行化學分析。換熱器 A 和 B

12、 殼程介質中查出的各種金屬元素含量均不高 , 屬于低酸值 , 而對 換熱器殼體材料能產生腐蝕和應力腐蝕的鹽酸根、硫酸根和硝 酸根離子都由于含量過低而不足以造成大的影響。介質中的水 分含量較低 , 其值明顯低于換熱器中介質的實際含水量。 硫含量 較高 , 而且介質溫度隨著熱交換過程的不斷升高 , 進而促使硫化 氫的析出量不斷增加 , 因而導致腐蝕的加重。三、 結果分析1. 材料方面在換熱器 A 和 B 殼體的材料成分上 , 大部分元素含量均符 合國家標準對 16MnR 材料的規定要求 , 雖然換熱器 B 的焊縫 中錳元素略低于標準規定 , 換熱器 A 的殼體鋼板母材中的碳元素與換熱器 B 相比

13、, 卻低得較明顯。 在材料性能上 , 換熱器 B 殼 體的 V 形缺口試樣沖擊功不滿足標準規定的 27J , 斷裂強度、 屈 服強度、 延伸率也有明顯差異 , 因此 , 可以說材料的因素構成了 使用壽命差異的主要原因。2. 環境介質方面換熱器 A 和 B 的殼程中介質分別為原油和拔頭油 , B 殼體 內介質中所含雜質的腐蝕性應明顯低于 A 殼體內介質。然而 , 當換熱器 B 殼體內拔頭油介質通過換熱器進一步加熱到 200 時 , 這時拔頭油中的硫化物發生的分解反應更加劇烈 , 生成更多 的硫化氫。 因此 , 使用環境以及操作條件的因素也是構成使用壽 命差異的另一個主要原因。關于 H 2S 應力腐蝕開裂的機理的觀點目前基本有兩種 :一 種觀點是硫化氫電化學腐蝕過程 ; 另一種觀點是硫化氫導致氫 損傷過程。但就換熱器 A 和 B 殼體開裂所表現出來的諸多現 象 , 可以說 , 幾乎全與硫化氫電化學腐蝕過程的破壞特點相符 合 , 正是屬于硫化物應力開裂類型的一種開裂 (俗稱硫化氫應力 腐蝕開裂 。四、 結論1. 換熱器 A 和 B 殼體材料開裂是由于在使用條件下發生應力腐蝕開裂引起。2. 換熱器 B 在半年時間內開裂是由于在服役過程中承受壓力較大、 環境更惡劣及材料的斷裂韌性低的綜合作用造成的。W07.08-13 作 者 通