您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 行业资料 > 国内外标准规范 > 裂解炉炉管开裂失效分析
裂解炉炉管开裂失效分析摘要:中国石油化工股份有限公司天津分公司裂解炉进行原料切换停炉检验时,发现炉管泄漏。通过渗透和射线探伤,发现C1258焊口的直管段开裂,C0214焊口的掌形管开裂。文章分析了直管对接焊缝开裂和掌形管开裂的原因,并提出了相应的防护措施。关键词:裂解炉;组织劣化;未焊透;渗碳;蠕变近日中国石油化工股份有限公司天津分公司烯烃部在对裂解炉进行原料切换停炉检验时,发现炉管泄漏。检验、检测项目包括宏观检验、尺寸测量、渗透和射线探伤。对直管射线检测发现含未焊透等缺陷的焊口45道,其中C1258焊口开裂,切下焊口换管。并对C0214焊口进行了返修,但因返修过程中出现新生裂纹,且裂纹无法消除,进而更换了C0214焊口所连接的掌形管。其他缺陷焊口未做修复。裂解炉检修后,对切换下来的含C1258焊口炉管直管段和C0214焊口的掌形管开裂进行了失效分析。1裂解炉概况EA2BA2106裂解炉的炉管为国产的离心浇注奥氏体耐热钢管,牌号25Cr35Ni+Nb+微量元素,本材质含有较高的C、Ni,Cr和强碳化物元素Nb,是一种抗高温、耐高压、耐腐蚀的材料。对该裂解炉进行例行的烧焦停炉检验时,发现从东数第C1258根直管对接焊缝开裂,从东数第C0214根掌形管开裂。裂解炉管内裂解原料为石脑油或加氢尾油,两者交替投用,炉管设计压力为0.35MPa,工作压力为0.05MPa,管壁设计温度为1110℃,管内介质操作温度约为800~850℃。炉管规格87mm×7.0mm;掌形管规格64mm×6.5mm/168mm×11mm。2检验与分析2.1宏观检验观察炉管C1258,发现其直管段试样没有明显变形,炉管对接焊缝处出现开裂,开裂沿焊缝呈圆周分布,裂缝长度为炉管截面周长的50%,裂纹贯穿管壁,见图1。直管段试样内表面有一层薄薄的黑色氧化物附着,根部未焊透,焊口外表面平整,压断后发现未焊透占管壁厚度的一半左右,见图2。掌形管C0214在焊接热影响区开裂,有一条微裂纹,纵向分布,裂纹很浅,内表面有一层薄薄的黑色氧化物附着在上面,如图3所示,外表面无氧化物。但是在失效分析过程中,将掌形管压断后进行打磨时,裂纹深度随着打磨深度的增加而增加,昀终贯穿整个管壁,如图4所示。图1炉管C1258对接焊缝开裂图2炉管C1258内部未焊透2.2化学成分分析炉管材质为25Cr35Ni+Nb+微量元素,对直管和掌形管母材进行了化学成分分析,分析结果见表1。从表1可见,直管的化学成分符合标准值,掌形管的化学成分中C略低于标准值。图3掌形管C0214焊口热影响区开裂图4掌形管C0214焊口在打磨中继续开裂2.3金相分析直管母材:内外表面有渗碳层,其组织为奥氏体、块状碳化物和游离的C;心部组织为在奥氏体基体上,有网状及少量块状碳化物,如图5所示。直管断口:内外表面有渗碳层,其组织为奥氏体、块状碳化物和游离的C;心部组织为在奥氏体基体上分布有呈网状、骨架状碳化物及点状、块状碳化物,如图6所示。图5直管母材金相图(由外至内)图6直管断口金相图(由外至内)掌形管母材:内外表面有渗碳层,其组织为奥氏体、块状碳化物和游离的C;心部组织为在奥氏体基体上分布有呈网状、骨架状碳化物及点状、块状碳化物,如图7所示。掌形管断口:内外表面有渗碳层、黑色块状物质,怀疑是游离的C和块状碳化物;心部组织为在奥氏体基体上分布有呈网状、骨架状碳化物及点状、块状碳化物,如图8所示。图7掌形管母材金相图(由外至内)图8掌形管断口金相图(由外至内)2.4硬度测试对直管和掌形管的母材和断口进行了显微硬度测试,并且通过电镜,显示了渗碳层厚度,其测定结果见表2,显微硬度测试结果见表3。2.5断口分析(1)直管断口焊口断裂处(焊接位置)总体形貌为脆性断口,见图9,并有二次裂纹存在。(2)掌形管断口断口形貌为脆性沿晶断裂,见图10,并有二次裂纹。图9直管焊接断口形貌图10掌形管断口形貌2.6直管常温冲击功检测因试样太小,没有办法做强度试样,只做了对炉管冲击功检测,在靠近焊缝的母材部位取10mm×5mm×55mm标准试样进行了常温冲击试验,其结果见表4。冲击功只有2J,说明取样炉管的塑性和韧性已大大降低,炉管已经严重脆化。3失效原因3.1直管开裂原因分析(1)组织劣化材质25Cr35Ni的炉管原始铸态组织为奥氏体+断续或者链状分布的骨架状共晶碳化物,以及弥散分布的碳化物颗粒。长期高温运行,组织中M23C6向M7C3转变,奥氏体基体晶粒长大,晶粒边界碳化物由断续形态连接为网状,碳化物在晶粒边界变粗大,形成大量的块状碳化物,使晶界脆性增加,易产生沿晶裂纹,并使25Cr35Ni的可焊性变差,机械性能劣化。(2)炉管渗碳从金相组织和渗碳层检测发现,炉管内表面渗碳较为明显,渗入的碳在渗碳区内形成大量铬的碳化物及石墨相,渗碳层中碳化物和石墨相分布在奥氏体晶界处,形成粗大的碳化物骨架,使得渗碳层体积膨胀,产生很强的附加应力。加之渗碳层和非渗碳层硬度差异较大,当脆性相区塑性变形受到塑性位错堵塞时,达到某一限度后,就会发生硬相体解理,塑性相边界发生变形,从而在基体内形成显微空洞或裂纹,并且逐渐的聚集长大,形成宏观的裂纹或空洞。(3)未焊透炉管根部未焊透,造成应力集中,扩大了异常损伤的机会。(4)产生蠕变从裂纹扫描看出,断口开裂处总体形貌为脆性断裂,焊接处断口形貌成分不均匀,并有二次裂纹存在。同时宏观检查发现焊口有整圈未焊透缺陷,造成此处应力集中,极易产生裂纹,在长期高温拉应力作用下,导致裂纹扩展开裂。另外,从扫描电镜观察直管焊接断口形貌,发现有疏松的微观孔洞,这是因为炉管长期运行,本身长时间的受静载荷的作用,材料发生蠕变损伤,促进了裂纹的产生。3.2掌形管开裂原因分析从裂纹扫描看,掌形管断口形貌为脆性沿晶断裂,也存在穿晶断裂,断口形貌有二次裂纹,成分不均匀,断口处出现无法消除的新生裂纹。高温运行导致炉管渗碳,因碳含量增多造成M23C6向溶碳量更高的M7C3型碳化物转变,导致奥氏体基体铬含量下降,碳化物在晶界上大量析出,晶粒边界变粗大,晶界严重脆化,为沿晶界开裂提供了条件。当对材料进行打磨时,材料温差较大造成局部温差应力,在这种应力作用下,脆化的材料发生局部开裂释放应力,停止打磨,裂纹停止扩展,再打磨,裂纹又发展,昀终贯穿整个管壁。4结论(1)炉管直管段材料组织劣化,炉管内外表面渗碳,材料脆化,加之直管段对接焊缝未焊透缺陷造成应力集中,在长期高温运行拉应力作用下导致未焊透焊缝开裂。(2)掌形管从来样检验看,金相组织明显劣化,材料变脆。当受到打磨时,材料局部升温造成的温差应力,导致材料产生裂纹。打磨时在温差应力作用下,裂纹向不同方向不断扩展加深,昀终贯穿整个管壁。5建议(1)经过长期服役的25Cr35Ni炉管材质已明显劣化,可焊性极差。在检维修中,焊前应采取预热措施,焊接宜采用小能量低焊速的方法,必须制定适合的焊接工艺,并严格执行。(2)焊口焊接要保证全焊透,严禁未熔合、未焊透等缺陷存在,焊接后要对焊缝逐个验收。(3)打磨炉管时,建议采取低速打磨并及时冷却的方法,避免产生温差应力。(4)根据相关企业的经验,渗碳层达到整个壁厚的1/3时才有必要换管,现在从取样检测发现渗碳层尚未达到此项指标,目前换管依据还不充足。
本文标题:裂解炉炉管开裂失效分析
链接地址:https://www.777doc.com/doc-9155335 .html