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蒸馏塔塔底再沸器管板与换热管连接焊缝泄漏原因分析.pdf
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1、第 50 卷第 4 期化工机械化工机械作者简介院何鑫业渊1988-冤袁工程师袁在职博士研究生袁从事特种设备检验检测及理化分析工作袁遥引用本文院何鑫业袁苏婷婷袁武朝伟.蒸馏塔塔底再沸器管板与换热管连接焊缝泄漏原因分析咱J暂.化工机械袁2023袁50渊4冤院569-576曰585.芳烃是橡胶尧合成纤维尧树脂尧洗涤剂及医药等有机化工产品的基础原料遥 芳烃抽提是芳烃生产的重要环节袁它以催化重整装置的重整生成油和乙烯装置副产的裂解汽油为原料袁 生产苯尧甲苯尧对二甲苯及邻二甲苯等多种芳烃产品遥 芳烃抽提技术主要分为抽提蒸馏和液-液抽提两种工艺袁其关键是选择合适的抽提溶剂遥 目前袁我国主要采用环丁砜或环丁砜
2、复合溶剂作为芳烃抽提装置的抽提溶剂袁 但其常引起腐蚀泄漏等问题袁尤其在高温换热设备中腐蚀问题更为严重袁已成为制约芳烃抽提装置长周期稳定运行的一个重要原因咱1袁2暂遥某石化公司芳烃抽提装置采用抽提蒸馏工艺袁 蒸馏塔塔底立式再沸器于 2014 年 5 月投入使用袁使用 13 个月后袁发现塔顶回流罐水包液位持续上涨袁 初步判断是由于再沸器管束泄漏引起遥 停车检修发现管口处发生泄漏袁经堵管处理后袁继续使用至 2017 年 2 月袁再次出现内漏袁于是将管束全部更换遥 使用 6 个月后袁出现内漏袁封堵处理换热管 23 根袁 继续使用至 2020 年 5 月袁再次出现内漏袁堵管处理 8 根换热管后袁使用至2
3、021 年 5 月再次因内漏更换管束遥多次检修发现泄漏部位均位于上管板与换热管的连接焊缝部位袁该类失效直接影响装置的正常生产遥 因此有必要找出焊缝发生腐蚀的原因袁并给出一定的解决方案遥1再沸器主要技术参数频繁发生泄漏的再沸器换热管材料为 10#袁管板材料为 16Mn芋袁其主要技术参数见表1遥表1再沸器主要技术参数参数介质规格/mm伊mm管程富溶剂渊含环丁砜尧少量水冤准19伊2操作温度/益进口 145袁出口 173设计压力/MPa0.42壳程水蒸气-进口 218袁出口 1902.45操作压力/MPa0.162.10设计温度/益196240DOI:10.20031/ki.0254鄄6094.202
4、304022蒸馏塔塔底再沸器管板与换热管连接焊缝泄漏原因分析何鑫业1袁2苏婷婷1武朝伟3渊1.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司曰2.西安交通大学机械工程学院曰3.中化泉州石化有限公司冤摘要某石化公司芳烃抽提装置蒸馏塔塔底立式再沸器使用过程中频繁出现泄漏袁 泄漏部位处于换热管与管板的连接焊缝处遥 采用宏观检查尧壁厚测定尧化学成分分析尧金相检验尧力学性能分析尧扫描电镜及能谱分析等方法进行失效原因分析遥 结果表明院管束上部温度较高袁加之介质中氯离子尧氧气的存在袁使该处管内介质环丁砜发生了劣化形成酸性腐蚀物质袁导致上部管束发生壁厚减薄曰上管板与换热管连接焊缝表面存在均匀腐蚀和局部腐蚀袁 管板与换
5、热管的缝隙上方焊缝区域因局部腐蚀发生腐蚀穿孔进而引起介质泄漏遥关键词再沸器管板换热管泄漏局部腐蚀环丁砜中图分类号TQ051.6+5文献标识码B文章编号0254鄄6094渊2023冤04鄄0569鄄09569化工机械2023 年化工机械2检测结果及分析2.1宏观检查对失效再沸器的泄漏部位进行取样分析袁分别在上管板取 1#尧2#样袁下管板取 3#样袁样品宏观形貌如图 1 所示遥 其中袁图 1a耀c 为 1#样的形貌照片袁 可见 1#样管板与换热管的连接焊缝整体发生了均匀腐蚀袁 焊缝表面局部区域存在腐蚀凹坑袁 同时管口附近区域存在一个不规则形状的蚀孔曰图 1d尧e 为 2#样的形貌照片袁可见 2#样
6、管板与换热管焊缝局部区域存在大小不一的半球形腐蚀凹坑袁最大凹坑直径约 1 mm曰3#样的宏观形貌照片如图 1f 所示袁 焊缝处未见明显的穿孔或腐蚀凹坑袁焊缝外表面均附着有褐色腐蚀产物遥 将 1#耀3#样沿换热管轴向剖开袁其形貌分别如图 1g耀l 所示袁 可见管板与换热管的管孔均存在缝隙袁 换热管未见明显因贴胀引起的变形遥1#尧2#样换热管内壁表面呈黑褐色袁 存在冲刷腐蚀痕迹袁同时管口附近焊缝也发生了腐蚀袁呈凹槽形貌曰3#样换热管内壁表面覆盖有垢物袁 但未见明显蚀坑遥570第 50 卷第 4 期化工机械化工机械2.2壁厚测定对再沸器换热管进行壁厚测定袁换热管公称壁厚为 2 mm袁使用 4 年 3
7、 个月后袁换热管上部壁厚发生了严重减薄袁最薄处剩余壁厚仅 0.85 mm袁下部壁厚未见明显减薄袁其厚度约 1.97 mm遥2.3化学成分分析对换热管和管板进行化学成分分析袁 结果渊表 2冤 表明袁 换热管化学成分符合 GB/T 9948要2013叶石油裂化用无缝钢管曳对 10#材料的要求曰管板化学成分符合 NB/T 47008要2017叶承压设备图 1管板和换热管及其连接焊缝宏观形貌571化工机械2023 年化工机械图 21#样蚀孔部位径向截面金相组织及形貌Si0.180.20耀0.600.300.17耀0.37Mn0.441.20耀1.601.600.35耀0.65P0.0250.011臆0
8、.030臆0.030SCuCrNi0.0040.010.03约0.0080.0010.010.040.004臆0.020臆0.20臆0.15臆0.250臆0.020臆0.25臆0.30臆0.300元素换热管NB/T47008要2017管板GB/T9948要2013C0.120.140.07耀0.130.13耀0.20用碳素钢和合金钢锻件曳对 16Mn 芋材料的要求遥2.4金相分析图 2 为 1#样蚀孔部位径向截面金相组织及形貌袁可见该截面发生了由内壁向外壁的腐蚀穿孔袁且已腐蚀至管板袁该处的腐蚀由管程介质引起遥 焊缝组织由晶内贝氏体尧晶界的块状铁素体和针状铁素体组成袁且存在明显的过热针状铁素体组
9、织渊魏氏体冤遥图 3 为管板和换热管及连接焊缝金相组织及蚀坑形貌袁可见焊缝中有 7 个大小不一的腐蚀凹坑袁 凹坑截面形貌呈圆形或近似于椭圆形袁凹坑边缘圆滑袁未见明显的选择性腐蚀痕迹曰腐蚀坑表层及亚表层组织未见明显的塑性变形遥 腐蚀最严重的凹坑距换热管与管孔的缝隙仅 665 滋m遥焊缝组织为晶内的贝氏体+针状铁素体+晶界网状铁素体曰换热管和管板侧热影响区组织均为贝氏体+魏氏体+珠光体曰 换热管金相组织为铁素体+珠光体袁管板组织为贝氏体遥表 2化学成分分析结果wt%572第 50 卷第 4 期化工机械化工机械573化工机械2023 年化工机械分析部位测点编号1近腐蚀凹坑区域225焊缝228换热管侧
10、热影响区1492223224148管板侧热影响区277274128134129132129119管板16416732312281472771341341211654225229155283135136124164均值226227150278132132123165换热管近外壁区1/2 厚度处近内壁区2.5力学性能分析表 3 为换热管上部和下部的拉伸性能分析结果袁可见换热管上部的下屈服强度尧抗拉强度和断后伸长率均不符合 GB/T 9948要2013 对 10#材料的要求渊标准值冤曰换热管下部的下屈服强度和抗拉强度满足标准要求袁但断后伸长率低于标准要求遥表 3拉伸性能结果项目换热管上部标准值下屈服
11、强度MPa137逸205换热管下部319抗拉强度MPa309335475428断后伸长率%21.020.5逸25表 4 为近腐蚀凹坑区域尧焊缝尧换热管侧热影响区尧管板侧热影响区尧换热管和管板处的布氏硬度分析结果袁可见袁近腐蚀凹坑区域的布氏硬度与焊缝硬度相近袁管板侧热影响区布氏硬度高于焊缝硬度袁 换热管的近外壁区尧1/2 厚度处和近内壁区硬度相近袁 管板硬度符合 NB/T47008要2017渊标准值为 128耀180冤对 16Mn芋材料的要求遥2.6扫描电镜渊SEM冤及能谱渊EDS冤分析焊缝表面附近区域金相 SEM 形貌和 EDS 分析结果如图 4 所示袁可以看出袁焊缝表面覆盖有一层灰色物质袁其
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