1、1聚乙烯装置丙烯洗涤塔丙烯排料线开裂原因分析陈勇 （天津石化装备研究院，天津 300270）摘要：丙烯洗涤塔丙烯排料线与蒸汽伴热夹套管焊接处发生开裂，对失效试件进行宏观检验、扫描电镜、腐蚀产物能谱分析、金相检验等检验检测，通过检测结果进行分析得出排料线为应力腐蚀开裂的结论，并提出了防护措施。关键词：应力腐蚀 裂纹 焊接接头1 概况2011 年 1 月 13 日，发现聚乙烯装置丙烯洗涤塔 T301 丙烯排料线温度低，对排料线进行排查，发现物料泄漏到伴热套管内，确定排料线发生泄漏，泄漏部位位于 T301 塔出口第 2 个弯头。去除排料线的伴热夹套后，发现排料线与夹套的焊接接头热影响区存在近半周的裂
2、纹。失效排料线为备用管线，不常使用，2010 年使用较多。排料线管长约1m，两端均与法兰连接，排料管的伴热夹套管为车间后焊接上的。丙烯排料线内介质为丙烯和聚丙烯混合物，操作温度约为 100，操作压力为 0.3MPa-1.7MPa，管线规格为 405mm，排料线材质为 304 不锈钢；伴热夹套介质为蒸汽，蒸汽温度约为 150，压力为 0.2MPa，蒸汽为烯烃部动力站统一供给，夹套管材质为碳钢。2 检验检测2.1 宏观检验对管线进行宏观检验，发现开裂位置在夹套与排料线的焊接接头热影响区。排料线与夹套结合的结构见图 1，排料线和夹套之间用圆环钢板焊接连接，钢板与排料管通过单面焊双面成型，焊接部位存在
3、未焊透现象，使得钢板和排料线之间有间隙。将排料线沿纵向抛开，发现内部三分之一周长的裂纹已经裂透，外表面裂纹近半周，较内表面裂纹长，可以断定裂纹源在外表面焊接接头热影响区处。观察焊缝成形情况，焊接质量不好，见图 2。图 1 夹套与排料管结构图示 图 2 失效排料线去除夹套的宏观形貌 2.2 扫描电镜及腐蚀产物能谱分析通过扫描电镜观察裂纹断面，断面存在二次裂纹，呈应力腐蚀显微形貌特征。断口处存在大量的腐蚀产物，对腐蚀产物进行能谱分析，结果显示断口处的腐蚀产物中存在含 S、 Cl 以及 O、Al 等元素，见图 3-图 6。图 3 靠近焊缝断口形貌 图 4 靠近母材断口形貌图 5 图 3 位置腐蚀产物
4、分析结果Element Wt% At%OK 11.60 28.98AlK 07.43 11.01SiK 01.30 01.86SK 00.30 00.38CaK 01.03 01.03TiK 00.45 00.38CrK 13.12 10.09MnK 01.28 00.93FeK 60.66 43.43NiK 02.82 01.92裂纹二次裂纹 腐蚀产物未焊透图 6 图 4 位置腐蚀产物分析结果2.3 金相检验在焊接接头存在裂纹处做金相检验，焊缝组织为奥氏体+铁素体，母材组织为奥氏体，奥氏体晶粒较粗大，未发现淬硬组织。裂纹大部分沿焊缝熔合线扩展，部分向母材位置偏移；主裂纹较直且粗，为穿晶型，裂
5、纹偶有沿晶型细小分叉，呈应力腐蚀特征 【1】 。见图 7。图 7-a 裂纹大部分沿焊缝熔合线扩展 图 7- b 部分裂纹向母材和焊缝位置偏移图 7 焊缝热影响区裂纹形貌 100 2.4 光谱分析将排料管线打磨后做合金元素分析，合金元素分析结果见表 1。根据标准ASTM A276 判定排料线合金元素含量符合 304 要求。Cr(%) Ni(%) Mn(%)排料线 18.34 8.65 0.96304 合金元素含量 1820 810.5 2.0Element Wt% At%CK 05.16 12.42OK 18.84 34.02NaK 03.87 04.86MgK 00.85 01.01AlK 1
6、7.37 18.61SiK 00.46 00.47SK 00.83 00.75ClK 00.61 00.50CaK 00.54 00.39CrK 11.80 06.56MnK 00.90 00.47FeK 34.27 17.73NiK 04.50 02.213 失效原因分析经宏观检验确定裂纹源在排料线外表面焊接接头热影响区处。钢板与排料管通过单面焊双面成型，焊接部位存在未焊透现象，使得钢板和排料线之间有间隙断口处存在大量的腐蚀产物，腐蚀产物中存在 S、Cl 元素。说明排料线外表面的接触介质水蒸汽含 S、Cl 元素，对排料线的开裂有直接影响。焊接质量不好，熔合线附近的奥氏体晶粒较大，使焊接处成为
7、薄弱环节。金相结果显示裂纹形貌为穿晶型且存在分叉，通过扫描电镜观察断面形貌，存在裂纹和二次裂纹，符合氯化物应力腐蚀裂纹形貌。含 Ni 8%的奥氏体不锈钢（如 300SS 系列、304、316 等）对 Cl 元素具有很大的敏感性，很容易发生氯化物应力腐蚀开裂（ClSCC） 。ClSCC 发生在含有氯化物的水环境下，特别是温度高于 150F（65）的溶液，S 化物的存在对氯化物应力腐蚀开裂起加速作用 【2】 。钢板与排料管焊接处存在未焊透形成缝隙，容易使水蒸汽中有害物质（Cl、S 离子等）在此处凝聚浓缩，在焊接应力和含Cl、 S 离子腐蚀介质共同作用下，排料线发生应力腐蚀开裂。4 结论焊接质量不好
8、，钢板与排料管焊接处存在未焊透形成缝隙，使水蒸汽中Cl、 S 离子浓缩，造成排料线发生应力腐蚀开裂。5 建议（1）控制焊接成型情况和焊接质量，避免未焊透等缺陷形成缝隙，并避免电流过大对组织造成影响。（2）控制水蒸汽质量，防止 Cl、S 含量超标。参考文献：l 胡久韶 等 . 乙二醇装置多效蒸发器的腐蚀与选材 J. 石油化工设备技术-2010 年 3期:51-53. 2强天鹏.压力容器检验M北京：新华出版社，2008.作者简介：陈勇（1982-） ，男，助理工程师，现在中国石化天津分公司装备研究院静设备室从事无损检测、理化检测及失效分析工作，联系方式：022-63804034 或13820834774，E-mail：
