1 損傷描述及損傷機理
與堿溶液接觸的設備和管道表面發生的應力腐蝕開裂,多出現在未進行消除應力熱處理的焊縫附近,它可在幾小時或幾天內穿透整個設備或管線的壁厚。
碳鋼在高溫下與水蒸氣產生如下的化學反應:
在這個反應中,如存在氫氧化鈉,可起催化作用,反應生成的四氧化三鐵
Fe3O4覆蓋在鋼材表面,形成一層保護膜。局部拉伸應力過高時會破壞保護膜,在金屬表面形成最初的腐蝕裂紋。氫氧化鈉可在裂紋中富集,形成電偶腐蝕。裂紋尖端區域為陽極,裂紋周圍的保護層為陰極,形成小陽極大陰極的
結構,加上拉伸應力的作用,使裂紋迅速擴展,最終發生斷裂。
2 損傷形態
a)堿應力腐蝕開裂通常出現在靠近焊縫的母材上,沿著與焊縫平行的方向擴展,也可能出現在焊縫和熱影響區;
b)堿應力腐蝕開裂裂紋細小,多呈蜘蛛網狀,起源于有局部應力集中的焊接缺陷處;
c)碳鋼和低合金鋼的開裂主要呈沿晶擴展,裂紋內常充滿氧化物;
d)300系列不銹鋼的開裂主要呈穿晶型擴展,和氯化物應力腐蝕開裂裂紋形貌相似,難以區分。
3 受影響的材料
碳鋼、低合金鋼、300系列不銹鋼較為敏感。鎳基合金耐堿應力腐蝕開裂能力較強。
4 主要影響因素
a)濃度:堿濃度超過5%(質量分數)時開裂就可能發生,隨堿濃度升高,開裂敏感性升高。存在介質濃縮條件時(如:干濕交替、局部加熱或高溫蒸汽吹掃等),堿濃度達到50×10-6~100×10-6時就足以引發開裂。
b)溫度:隨溫度繼續升高,開裂敏感性增高。
c)殘余應力:焊接或冷加工(如彎曲和成型)殘余應力均可成為開裂的應力條件,通常應力要達到屈服應力時開裂才會發生。
d)伴熱:工廠經驗表明有伴熱的管線,或未經焊后熱處理的碳鋼管道和設備蒸汽吹掃時開裂可能性較高。
5 易發生的裝置或設備
a)苛性堿處理的設備和管線,包括脫硫化氫和脫硫醇裝置,以及硫酸烷基化和氫氟酸烷基化裝置中使用的堿中和設備。常減壓裝置的常壓塔進料有時注入苛性堿來控制氯化物含量。
b)伴熱設置不合理的設備和管線,以及加熱盤管和其他傳熱設備可能發生開裂。
c)在苛性堿環境中使用,然后進行蒸汽吹掃的設備。
d)鍋爐中鍋爐給水過熱,使鍋爐管局部出現干濕交替,產生堿液濃縮的部位。
e)乙烯裂解裝置中裂解與急冷系統:急冷水塔釜的急冷水回流流程,包括急冷水塔釜及相連管道;工藝水汽提塔塔釜工藝水部分回流、部分去稀釋蒸汽發生系統的流程,包括工藝水汽提塔釜、蒸汽發生器底部、凝液分離罐底部、熱交換器管程及流程中的管道。
6 主要預防措施
a)合理選材;
b)消應力熱處理;
c)未消應力熱處理的碳鋼管線和設備,不能直接進行蒸汽吹掃,應在蒸汽吹掃前水洗,如無法水洗就只能用低壓蒸汽進行短時間吹掃;
d)常減壓裝置的高溫原油預熱流程的注堿系統,可通過優化設計,以及合理進行注入操作使堿與原油在到達預熱段前充分混合;
e)盡可能不設伴熱線,如設伴熱線也不能間歇使用。
7 檢測或監測方法
a)目視檢測、磁粉檢測、射線成像檢測、渦流檢測或漏磁檢測等技術均可用以檢測裂紋,檢測前應對檢測表面先進行清理;
b)裂紋中多充滿積垢,不宜采用滲透檢測;
c)可用超聲波端點衍射技術等技術測量裂紋自身高度;
d)可用聲發射檢測技術監測裂紋是否會擴展。
8相關或伴隨的其他損傷
堿應力腐蝕開裂、連多硫酸應力腐蝕開裂。
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