引言：煉油廠中加氫裝置是除去油品中 S.N.O 及金屬等雜質(zhì)，使烯烴及部分芳烴加氫，改善油品使用性能，是各種油品在氫壓力下進(jìn)行催化改質(zhì)的一個統(tǒng)稱。隨著國內(nèi)大量煉制高硫含硫的原油，從而使得石油生產(chǎn)與運(yùn)輸中對加氫裝置的使用條件越來越苛刻，對管道的耐腐蝕性和耐壓強(qiáng)度要求更高[1] 。1Cr5Mo 合金鋼具有良好的組織穩(wěn)定性，抗氧化性以及耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用在石油化工的高溫硫腐蝕、高溫氫腐蝕和硫化氫腐蝕環(huán)境中[2] 。但是由于該鋼種的熱處理效果對其性能影響很大，國內(nèi)外均對其有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)[3-5] 。在實際生產(chǎn)中常出現(xiàn)腐蝕開裂現(xiàn)象,開裂是破壞性和危害性***大的一種失效形式，受到國內(nèi)外的普遍關(guān)注[6,7] 。

 

某煉油廠加氫裝置的熱低壓分離器液位計接管在裝置2009年3月開工建成后一直使用至今，在2016年2月1日出現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象，該液位計支管材質(zhì)為1Cr5Mo，設(shè)計無保溫。開裂部位如圖1所示。該管線介質(zhì)為氫氣、硫化氫、油氣,油，操作溫度為230℃，3.85Mpa

 

本文對接管開裂部位進(jìn)行斷口，腐蝕介質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，尋找其出現(xiàn)開裂的原因，并提出可行建議，為同類環(huán)境下的材質(zhì)設(shè)計上提供有用的參考。

 

1 理化分析與結(jié)果

1.1 宏觀觀察

對液位計接管進(jìn)行了著色滲透處理，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)開裂位置位于液位計接管法蘭后手閥前彎頭焊縫。將接管縱向切割為四個部分，如圖2所示；從接管外壁可見，裂紋在焊縫焊肉及熱影響區(qū)均有分布；在焊縫熱影響區(qū)處的裂紋較焊縫中明顯。

 

接管表面無明顯腐蝕，管線的開裂位置位于焊縫熱影響區(qū)和焊縫上，平行于焊縫的裂紋細(xì)微，長度約為4cm，見圖3所示。內(nèi)表面粘附較多垢物，內(nèi)壁焊瘤很高。從接管內(nèi)壁看，裂紋已經(jīng)貫穿接管的整個管壁，在裂紋處及焊縫附近均有較多的腐蝕產(chǎn)物存在.

1.2 金相分析

對焊縫開裂部位進(jìn)行金相觀察，可以觀察到樣品金相組織也為貝氏體+少量馬氏體；主裂紋也已經(jīng)貫穿整個管壁（焊縫），有少量分支存在，呈樹枝狀，并沿晶擴(kuò)展，具有應(yīng)力腐蝕開裂的特征，如圖4所示。

 

1.3 斷口分析

將焊縫裂紋打開觀察，斷口上覆蓋很厚的腐蝕產(chǎn)物，清理腐蝕產(chǎn)物后，發(fā)現(xiàn)裂紋斷口主要在焊縫熱影響區(qū)，斷口表面沒有明顯的塑性變形，為脆性斷裂。斷口上腐蝕嚴(yán)重處應(yīng)為裂紋***先開裂部位，即使裂紋起源處。從斷口形貌可以觀察到裂紋主要起源于接管內(nèi)壁的焊縫熱影響區(qū)處，并有多個裂紋源，如圖5所示。結(jié)果表明裂紋擴(kuò)展是由管道的內(nèi)壁向外擴(kuò)展，直至貫穿管壁。

1.4 能譜分析

通過對于接管斷口上多個特征區(qū)域的掃描電鏡分析，腐蝕產(chǎn)物主要由Fe、O、S構(gòu)成，還有C、Si、Ti、Cr等元素少量存在，如圖6A,B所示，S的含量很高。確認(rèn)在斷口上有大量S元素的富集，表明接管的斷裂與管內(nèi)存在的硫化氫介質(zhì)有關(guān)。

1.5 材質(zhì)成分分析

借助于掃描電鏡能譜儀，對接管焊縫、熱影響區(qū)、母材等4個區(qū)域，進(jìn)行成分分析。其結(jié)果表明，接管材質(zhì)為1Cr5Mo鋼，接管焊縫、熱影響區(qū)、母材等4個區(qū)域的成分基本相同，均含5%Cr左右，見表1所示。

1.6 硬度分析

使用HX-1型顯微硬度計對焊縫區(qū)、裂紋區(qū)（熱影響區(qū)）、接管母材區(qū)進(jìn)行硬度值測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)接管母材區(qū)硬度為152.2 HV 0.1 ，但是焊縫熱影響區(qū)硬度高達(dá)397.5 HV 0.1 如表2所示：

2 分析與討論

該接管的焊接屬于“同質(zhì)焊接”。從斷口形貌可以觀察到裂紋從內(nèi)部起源，經(jīng)擴(kuò)展到管道的外表面，斷面呈脆性斷裂。內(nèi)部腐蝕產(chǎn)物主要由Fe、O、S構(gòu)成，局部區(qū)域S的含量很高；故表明“硫化物應(yīng)力腐蝕開裂”（SSCC）是導(dǎo)致這次泄漏事故的原因。

 

由于接管所處的環(huán)境中含有H 2 S，接管在容器罐體外部，沒有設(shè)置保溫層，在季候性低溫天氣的影響下，容易使接管內(nèi)壁出現(xiàn)含有H 2 S的溶液。為保證焊接質(zhì)量，對Cr5Mo鋼焊接工藝要求十分苛刻，要求焊前預(yù)熱及焊后熱處理。并規(guī)定1Cr5Mo鋼同質(zhì)接頭硬度≤HB225（即HV226，HRC20.0）[8,9] 。

 

但是通過對接管焊縫、熱影響區(qū)、母材區(qū)域金相組織及硬度檢測，確認(rèn)在接管焊縫及熱影響區(qū)存在著淬硬的貝氏體+馬氏體，硬度高達(dá)HRC40左右，表明該接管在焊接時熱處理效果不佳。使該部位成為濕硫化氫應(yīng)力開裂的敏感部位。在該腐蝕環(huán)境中，該結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生“硫化物應(yīng)力腐蝕開裂”（SSCC）[10] 。焊接熱影響區(qū)硬度越高，越易發(fā)生SSCC。所以接管內(nèi)濕H 2 S的存在以及接管焊縫及熱影響區(qū)的高硬度，是導(dǎo)致接管開裂的主要因素。

 

3 結(jié)論及建議

（1）焊縫部位出現(xiàn)裂紋的性質(zhì)是屬于硫化物應(yīng)力開裂。

（2）對接管焊縫、熱影響區(qū)、母材區(qū)域金相組織及硬度檢測，確認(rèn)在接管焊縫及熱影響區(qū)存在著淬硬的貝氏體+馬氏體，硬度高達(dá)HRC40左右。

（3）由于沒有保溫層保護(hù)，在季節(jié)性氣候影響下，接管內(nèi)部，形成濕H 2 S腐蝕環(huán)境。

 

4 建議

（1）管道焊接后按照預(yù)防濕硫化氫腐蝕進(jìn)行熱處理，并嚴(yán)格控制熱處理工藝。

（2）建議該處包扎保溫，安裝伴熱管，防止形成濕H 2 S腐蝕環(huán)境。