5.5.1湿硫化氢应力腐蚀开裂案例：湿硫化氢环境中重沸器失效分析
2021-10-27 11:54:57
作者： 工业小南点 来源： 工业小南点
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5.5.1
湿硫化氢应力腐蚀开裂案例
案例一
湿硫化氢环境中重沸器失效分析
稳定塔底重沸器是炼油厂催化装置稳定工段的换热设备，其壳程介质是未经脱硫的稳定汽油，管程介质是分馏中段油，稳定汽油从重沸器壳程出来后再进入碱洗脱硫工序。重沸器的主要工艺参数为操作压力1.0/1.2MPa（管程/壳程），入口温度200/141℃（管程/壳程）、出口温度180/165℃（管程/壳程）。
该重沸器壳程材质16MnR，为一进二出结构，稳定汽油从壳体下部中间进入，加热后从上部两端出来。于1997年7月投入使用，使用不到3个月，壳体下部出现了泄漏。检修开裂的重沸器时，有较浓的H2S气味，壳体下部两端沉积了很厚的一层泥垢。清洗后，发现在内表面环焊缝和支座补强板焊缝处有密集的裂纹。壳体外表面也检测到与焊缝垂直的裂纹。
01 重沸器的检测
①介质成分。
壳程介质稳定汽油中硫含量为300～350mg?L-1，氨氮7～10mg?L-1，Cl- 4～10mg?L-1，壳程介质pH4～5；
②壳体开裂部位的宏观检测。
壳体下部开裂部位的宏观形态见图5-55，剖面开裂情况见图5-56，将带裂纹的试样沿裂纹掰开后的断口宏观形态见图5-57。
图5-55 壳体下部开裂部位的宏观形态
图5-56 环焊缝剖面开裂情况
图5-57 带横向裂纹的试样沿裂纹掰开后的断口宏观形态
③金相检测和断口观察。
图5-58为剖面上的氢致裂纹，大裂纹的尖端两侧都有扩展的细小裂纹，图5-59为氢致裂纹的尖端，细小裂纹呈断续层状，已经开始出现沿晶的特征，并逐步连接在一起。图5-60为金属内部的MnS夹杂处氢致裂纹，MnS脱落，由于积聚的氢压不足不能引起两端开裂，图5-61为氢致裂纹在金属内部的MnS夹杂处，MnS还没有脱落，一端已经开裂。
图5-58 金相剖面上的氢致裂纹
图5-59 氢致裂纹的尖端
图5-60 MnS夹杂处氢致裂纹（MnS脱落）
图5-61 MnS夹杂处氢致裂纹（一端已经开裂）
非金属夹杂物形成的偏析带和夹杂带，形成了原子氢的陷阱。原子氢最容易聚集在这里，从而形成高的氢压，进而引发裂纹直至最终产生分层，导致HIC和HB的发生。
④扫描电镜断口形态观察。
图5-62为母材和热影响区的断口宏观形态，为混合断口。有的以穿晶为主带有大量的二次裂纹形成的层状和台阶状裂纹，断口中有典型的氢鼓包。热影响区断口为混合型断口，氢致沿晶二次裂纹，有明显的鸡爪形花样。
内壁热影响区靠近母材一侧焊接回火区的裂纹断口形态，为混合断口。有的以穿晶为主，带有大量的沿晶二次裂纹。有的又以沿晶为主，带有大量的明显的鸡爪形花样。
图5-62 母材和热影响区的断口形态
图5-63为将断口试样按照一定的角度斜磨成金相试样，以便同时在扫描电镜下观测断口中的裂纹在断口下面的扩展情况。图中可以看到，断口表面的二次裂纹在向金属内部扩展时已经逐步转向沿晶扩展；
图5-63 由断口斜磨成金相试样
⑤腐蚀产物能谱分析。
据检测，重沸器的腐蚀产物还含有一定量的Cl。
02 结论
重沸器壳体开裂是因为湿硫化氢应力腐蚀开裂造成的。
由于稳定汽油中会携带部分水分进入重沸器中，在壳体的底部温度相对较低的区域有冷凝水，H2S会溶解于其中。同时壳体下部的两侧区域也成为稳定汽油的滞留区，稳定汽油中所含杂质容易在此处沉积也会加剧该部位的垢下腐蚀。又因为重沸器未进行热处理消除残余应力，加剧了焊接部位的应力腐蚀开裂。
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