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催化裂化裝置高溫?zé)煔夤艿琅蛎浌?jié)損壞原因分析及改進(jìn)措施

文檔作者：寧德君文檔來(lái)源：中國(guó)石油錦西石化分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年03月11日
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腐蝕與防護(hù) 石油化工設(shè)備技術(shù)，2011，32(3)·7· Petrochemical Equipment Technology
催化裂化裝置高溫?zé)煔夤艿琅蛎浌?jié)損壞
原因分析及改進(jìn)措施
寧德君
(中國(guó)石油錦西石化分公司，遼寧葫蘆島125001)
摘 要：介紹了催化裂化裝置煙機(jī)入口暖管道膨脹節(jié)腐蝕爆裂的情況，分析了膨脹節(jié)爆裂和腐蝕的原
因。并就膨脹節(jié)防止腐蝕提出了幾點(diǎn)措施，對(duì)今后類(lèi)似部位使用的膨脹節(jié)提出了建議。
關(guān)鍵詞：膨脹節(jié) 爆裂 腐蝕 防護(hù)
錦西石化分公司1 000 kt／a催化裂化裝置煙
機(jī)暖機(jī)線(xiàn)橫管段膨脹節(jié)在正常運(yùn)行過(guò)程中突然發(fā)
生爆裂，造成煙氣大量外泄，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法靠近關(guān)
閉閥門(mén)，致使煙氣輪機(jī)停運(yùn)9 h。爆裂的波紋管
碎片大小不等，并且另外兩個(gè)膨脹節(jié)也腐蝕穿孔。
1 膨脹節(jié)投用和腐蝕概況
煙機(jī)暖機(jī)管道上有3個(gè)膨脹節(jié)，其中橫管段
上的膨脹節(jié)發(fā)生爆裂，立管段上的兩個(gè)膨脹節(jié)也
發(fā)生了腐蝕穿孔(此3個(gè)膨脹節(jié)的材質(zhì)均為1n—
coloy800)。煙氣輪機(jī)開(kāi)機(jī)前需暖機(jī)，煙氣通過(guò)暖
管進(jìn)人煙氣輪機(jī)，稱(chēng)暖機(jī)工況。
暖管安裝示意見(jiàn)圖1。
暖機(jī)時(shí)主管上的高溫閘閥3、高溫蝶閥4全
部關(guān)閉，沒(méi)有煙氣通過(guò)。在正常生產(chǎn)工況時(shí)，暖管
截止閥9打開(kāi)，關(guān)閉截止閥7，此時(shí)主管上高溫閘
閥3、高溫蝶閥4有煙氣流通，而暖管無(wú)煙氣流
通。由于關(guān)閉截止閥7，煙氣經(jīng)主管道和截止閥9
進(jìn)入暖管，截止閥7位置為盲區(qū)，煙氣產(chǎn)生渦流使
煙氣返回，在立管段上部波紋管的上邊波圓弧部
位停留和富集，造成波紋管的腐蝕穿孔和爆裂。
2 膨脹節(jié)失效原因分析
由于催化反應(yīng)一再生系統(tǒng)的操作條件苛刻，腐
蝕性極強(qiáng)，煙氣中的催化劑對(duì)設(shè)備沖刷嚴(yán)重，因
此，波紋管在條件適宜的情況下，長(zhǎng)則數(shù)月短則數(shù)
天就發(fā)生失效。其腐蝕失效形式主要表現(xiàn)為波紋
管的穿孔和開(kāi)裂。
2．1 暖管水平段DN300單式鉸鏈型膨脹節(jié)爆裂
原因分析
暖管水平段波紋管爆裂原因是晶間腐蝕和晶
問(wèn)型應(yīng)力腐蝕混合型。導(dǎo)致晶間腐蝕和晶間型應(yīng)
力腐蝕混合型發(fā)生的主要因素如下：
450
圖1 煙機(jī)人口暖管(含膨張節(jié))安裝示意
1，2 DN300單式絞鏈型膨脹節(jié)(立管段)；
3 高溫閘閻；4 高溫蝶閥；5 暖管；
6～ 主管(DN1300／DN1000)；7，9 截止閥；
8 DN300單式絞鏈型膨脹節(jié)(水平段)
(1)通過(guò)合肥通用機(jī)械研究所對(duì)水平段波紋
收稿日期：2010-0卜14。
作者簡(jiǎn)介：寧德君，男，2005年畢業(yè)于天津大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化
專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在錦西石化分公司機(jī)械動(dòng)力處工作，工程師。已發(fā)
表論文l2篇。
Email：ningdejun@petrochina．COrn，cn
?? 8 ?? 石油化工設(shè)備技術(shù)2 0 1 1 年
管力學(xué)性能試驗(yàn)和硬度測(cè)定， 水平段波紋管存在
冷作硬化， 且硬度值高于立管段的波紋管， 材料延
伸率較低。I n c o l o y 8 0 0 存在高溫敏化現(xiàn)象， 硬化
后的I n c o l o y 8 0 0 對(duì)晶間腐蝕更為敏感， 這是水平
段波紋管產(chǎn)生晶間腐蝕與晶間型應(yīng)力腐蝕混合型
的直接原因之～
。
( 2 ) I n c o l o y 8 0 0 屬鐵基鎳合金， 相對(duì)于一般
奧氏體不銹鋼，有較好的抗氧化性能， 但存在高溫
敏化現(xiàn)象， 在6 5 0
。C 運(yùn)行易發(fā)生晶間腐蝕傾向。
材料含碳量較高， 高溫下運(yùn)行易出現(xiàn)晶間敏化現(xiàn)
象。晶間腐蝕隨含碳量增加而嚴(yán)重。
( 3 ) 波紋管制造和成形過(guò)程中， 存在殘余拉
應(yīng)力，在運(yùn)行過(guò)程中存在較大的工作應(yīng)力，這是加
速水平段波紋管產(chǎn)生晶間腐蝕與晶間型應(yīng)力腐蝕
混合型的內(nèi)在因素。
( 4 ) 在內(nèi)壓應(yīng)力和加工殘余應(yīng)力( 沒(méi)有經(jīng)過(guò)
固熔處理) 以及煙氣成分中硫、氧、硫酸根
( S O 。
’ ) 等有害介質(zhì)共同作用下， 易發(fā)生晶間腐
蝕和晶間型應(yīng)力腐蝕破壞。
( 5 ) 暖管水平段波紋管宏觀斷口呈脆性斷
裂， 波峰硬度指標(biāo)較高而材料延伸率較低。
( 6 ) 三旋出口高溫?zé)煔庵泻辛蚧?、氮?
物，還有衍生的亞硫酸等，操作溫度高， 環(huán)境惡劣，
有害離子在波紋管內(nèi)濃縮、富集， 這是暖機(jī)管道膨
脹節(jié)發(fā)生晶間腐蝕和晶間型應(yīng)力腐蝕的環(huán)境( 介
質(zhì)) 因素。
( 7 ) 對(duì)暖管水平段波紋管波形參數(shù)測(cè)定和材
料化學(xué)成分分析結(jié)果及進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算表明， 水平
段D N 3 0 0 單式鉸鏈型膨脹節(jié)在設(shè)計(jì)壓力
0 ． 3 5 M P a 、設(shè)計(jì)溫度6 8 0 ℃ 條件下， 采用
I n c o l o y 8 0 0 材質(zhì)制造波紋管， 壁厚0 ． 8 m m 兩層
( 即們d 一2 x 0 ． 8 m m ) 滿(mǎn)足不了強(qiáng)度要求，且強(qiáng)度
值低于立管段波紋管強(qiáng)度值。
( 8 ) 西航集團(tuán)對(duì)膨脹節(jié)腐蝕產(chǎn)物的能譜成分
分析結(jié)果表明， 該材料( I n c o l o y 8 0 0 ) 的特定腐蝕
環(huán)境， 主要是O 、N a 、S 元素， 而A l 、S i 、C a 為灰塵
元素。斷口裂紋由內(nèi)表面起始向外表面擴(kuò)展， 殘
片斷口均為沿晶斷裂， 二次裂紋明顯可見(jiàn)。材料
已明顯脆化。原材料金相組織未見(jiàn)異常， 膨脹節(jié)
殘片拋光狀態(tài)可見(jiàn)到由內(nèi)表面開(kāi)始的沿晶裂紋，
有明顯分叉， 組織未見(jiàn)明顯變化。由此可認(rèn)為， 膨
脹節(jié)內(nèi)有腐蝕環(huán)境， 內(nèi)壓和工作時(shí)的變形應(yīng)力使
其內(nèi)表面存在拉應(yīng)力， 這是造成I n c o l o y 8 0 0 產(chǎn)生
應(yīng)力腐蝕裂紋的條件。裂紋擴(kuò)展到一定程度即可
發(fā)生爆裂。
2 ． 2 暖管立管段D N 3 0 0 單式鉸鏈型膨脹節(jié)腐蝕
穿孔原因分析
由于此膨脹節(jié)用于煙氣輪機(jī)的暖管上， 在暖
機(jī)的時(shí)候煙氣正常通過(guò)，前后手閥均打開(kāi)， 煙氣的
溫度為6 5 0 ℃ ，此時(shí)遠(yuǎn)高于露點(diǎn)溫度，不會(huì)發(fā)生露
點(diǎn)腐蝕。3 月1 7 日6 ： 3 0 到1 4 ： 0 0 為暖機(jī)狀態(tài)。
3 月1 7 Ft 1 4 ：0 0 以后暖機(jī)線(xiàn)前手閥關(guān)閉， 正常開(kāi)
機(jī)， 但后手閥未關(guān)， 后手閥與煙機(jī)入口煙道相通，
煙氣產(chǎn)生渦流，使煙氣返回，在立管段上部波紋管
的上邊波圓弧部位停留和富集，造成腐蝕穿孔，腐
蝕情況見(jiàn)圖2 。
圖2 波紋管腐蝕穿孔情況
立管段膨脹節(jié)波紋管腐蝕穿孔原因：
( 1 )
“ 露點(diǎn)” 腐蝕穿孔( 煙氣的酸露點(diǎn)溫度為
酸凝結(jié)速度與酸蒸發(fā)速度相等時(shí)的煙氣溫度) 。
經(jīng)2 0 0 4 年5 月2 7 日的測(cè)試顯示， 煙氣露點(diǎn)
溫度為1 4 8
。
C ，露點(diǎn)溫度值與煙氣成分有關(guān)。煙
氣成分分析結(jié)果見(jiàn)表l 。
表I 煙氣成分分析結(jié)果
從表1 可見(jiàn)， 高溫?zé)煔庵泻卸趸?、氧?
第32卷第3期 寧德君．催化裂化裝置高溫?zé)煔夤艿琅蛎浌?jié)損壞原因分析及改進(jìn)措施
和水，通常二氧化硫約有1 ～3 轉(zhuǎn)化為三氧化
硫，三氧化硫與高溫?zé)煔庵械乃魵饣闲纬闪?
酸蒸汽，這便提高了露點(diǎn)溫度，稱(chēng)為煙氣露點(diǎn)溫
度，即煙氣露點(diǎn)溫度隨三氧化硫含量增加而升高。
而煙氣輪機(jī)正常工況下暖管不熱，波紋管外壁溫
度約5O～100C，所以波紋管在煙氣輪機(jī)工作狀
態(tài)時(shí)壁溫低于煙氣的露點(diǎn)溫度，此時(shí)硫酸蒸汽在
波紋管表面冷凝生成稀硫酸，產(chǎn)生低溫硫酸露點(diǎn)
腐蝕。另一方面高溫?zé)煔庵械亩趸蚺c水蒸氣
化合生成亞硫酸，亞硫酸再與氧結(jié)合也同樣生成
稀硫酸，在波紋管低溫區(qū)域產(chǎn)生硫酸露點(diǎn)腐蝕。
形成FeSO 一Fe (SO ) 一FeS() 的腐蝕循環(huán)，
大大加快了腐蝕進(jìn)程。
(2)再生煙氣中的氯化物來(lái)自含氯原料的催
化分解，波紋管隔熱材料(硅酸鋁纖維)也存在少
量C1成分等。它們?nèi)芙庠诓y管內(nèi)表面波峰
(谷)處的冷凝液中，形成含氯腐蝕介質(zhì)，當(dāng)其濃度
超過(guò)產(chǎn)生點(diǎn)蝕的臨界濃度時(shí)，就會(huì)在波峰(谷)處
產(chǎn)生點(diǎn)蝕孔。隨著點(diǎn)蝕的不斷發(fā)展最終導(dǎo)致穿孑L。
(3)煙氣中催化劑的磨蝕和沖蝕，是引起波
紋管局部腐蝕或穿孔的另一個(gè)主要原因。
(4)波紋管在制造過(guò)程中，存在殘余應(yīng)力，在
運(yùn)行過(guò)程中存在較高的工作應(yīng)力，在腐蝕環(huán)境下
加速波紋管應(yīng)力腐蝕失效。
3 膨脹節(jié)防腐措施
3．1 管道設(shè)計(jì)
重新核算管道的設(shè)計(jì)，必要時(shí)進(jìn)行更改，還可
以通過(guò)設(shè)計(jì)重新對(duì)管道進(jìn)行布局，消除應(yīng)力，或不
采用膨脹節(jié)。
3．2 波紋管設(shè)計(jì)
合肥通用機(jī)械研究所對(duì)暖管水平段波紋管波
形參數(shù)的測(cè)定和對(duì)材料化學(xué)成分分析結(jié)果表明，
采用Incoloy800材質(zhì)制造波紋管，壁厚0．8 mm
兩層(即 一2×0．8 ram)滿(mǎn)足不了強(qiáng)度要求，且
強(qiáng)度值低于立管段波紋管強(qiáng)度值。因此，應(yīng)重新
選擇波紋管參數(shù)(叫一矗一50、，”一1、 —1．5 ram)，
其材質(zhì)宜采用Incone1625LCF。立管段波紋管增
加波數(shù)，即由4波改為5波。波紋管厚度應(yīng)大于
1．2 mitt。波紋管成形后要進(jìn)行固熔處理，增加波
紋管內(nèi)部導(dǎo)流簡(jiǎn)并采用內(nèi)隔熱外保溫結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)
制造和安裝過(guò)程中波紋管表面質(zhì)量控制。
3．3 工藝操作
(1)盡量減少開(kāi)停車(chē)次數(shù)，這樣既可以減少
停機(jī)期問(wèn)波紋管處產(chǎn)生連多硫酸的可能，又可避
免因熱疲勞造成損傷。
(2)在停機(jī)期間對(duì)波紋管進(jìn)行通氮?dú)獗Ｗo(hù)，
防止連多硫酸的生成，或用堿液進(jìn)行局部刷涂清
洗，將波紋管表面生成的連多硫酸中和掉(使pH
值大于5)。
(3)在停車(chē)期間避免用蒸汽掃線(xiàn)波紋管。對(duì)
波紋管來(lái)說(shuō)，各種腐蝕基本為電化學(xué)腐蝕，避免
用蒸汽掃線(xiàn)，可防止在役中的波紋管表面電解質(zhì)
的形成，對(duì)防止波紋管的腐蝕穿孔和開(kāi)裂均有
好處。
(4)在煙氣輪機(jī)暖機(jī)完畢正常開(kāi)機(jī)后即把暖
機(jī)管道前后手閥關(guān)閉，防止煙氣在暖管內(nèi)富集而
長(zhǎng)期處于露點(diǎn)溫度之下，這樣就可以減少在暖管
道內(nèi)產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕的機(jī)率。
通過(guò)對(duì)上述方案的對(duì)比論證并重新進(jìn)行了核
算，最終確定了第一種方案為最佳方案，就是重新
核算管道的設(shè)計(jì)，對(duì)管道布局進(jìn)行了改進(jìn)，消除應(yīng)
力，不采用膨脹節(jié)。改造后的曖機(jī)管見(jiàn)圖3。
、 、
PS-2 PS—l PS-3
1 A 見(jiàn)支磐
配樂(lè)瘟
一 1 l 840 1 840一
一’I { 『f
廣 1 I網(wǎng)
I 3O0
-- U
j 67I 99() 2 88o— 500
3466 20
3 暖機(jī)管改造后不意
4 結(jié)語(yǔ)
催化裂化裝置中高溫?zé)煔夤艿琅蛎浌?jié)的腐蝕
穿孑L和爆裂是多種因素綜合作用的結(jié)果。其中煙
機(jī)暖管水平段DN3OO單式鉸鏈型膨脹節(jié)中的波
紋管爆裂，是屬于晶問(wèn)腐蝕和晶間型應(yīng)力腐蝕混
合型以及波紋管選材不當(dāng)、強(qiáng)度不足和沒(méi)有固熔
處理等綜合作用的結(jié)果。暖管立管段DN300單
式鉸鏈型膨脹節(jié)腐蝕穿孔實(shí)際是上述幾種腐蝕因
素綜合作用的結(jié)果，其中以晶間腐蝕為主，高溫?zé)?
氣“露點(diǎn)”腐蝕起主導(dǎo)作用。
煙機(jī)暖機(jī)管改造后，煙氣輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行一直
非常正常，滿(mǎn)足了催化裂化裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)的
要求

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