加热炉燃料气不锈钢软管泄漏失效分析

贾振柱

(中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司，黑龙江 大庆 163711)

2014 年4 月中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司炼油厂催化重整装置停工检修，5月初重新开工后的加热炉多条不锈钢软管同时发生了泄漏。软管型号:10JR50，规格:DN50，压力:0.5 MPa，介质:燃料气。停工检修大约半个月左右，泄漏的软管使用周期从几个月到1 a 多不等。为了查明软管发生泄漏的原因，对泄漏软管进行综合检测分析，以确定其失效原因。

1 检测分析内容和结果

1.1 拆除软管防护网宏观检查

1.1.1 检测内容选择其中一条泄漏软管，拆除软管防护网，对软管外观进行观察，检查腐蚀情况、泄漏位置。

1.2.2 检测结果

图1 是软管外观形态。从图1 可以看出，软管整个外壁均存在一定量的锈垢沉积物，较严重部位是软管泄漏处。图2 是软管里倾倒出的沉积物，由于现场拆除防护网用气割方式沉积物呈现烧焦形态。经过仔细检查，在软管整个长度中共发现5 个腐蚀孔类的泄漏点，见图3。

1.2 软管泄漏点取样与宏观检查

1.2.1 检测内容

在软管上的泄漏点(或疑似)部位截取5个试样，用超声波清洗掉内外壁油污和浮锈，利用体视显微镜观察分析内壁和外壁腐蚀形貌。

图1 软管外侧防护网上的锈垢沉积

图2 软管里的沉积物

图3 软管的泄漏点(软管外壁丝网拆除后)

1.2.2 检测结果

从软管试样内外壁腐蚀形貌可以看出，软管外壁为泄漏后的棕色铁锈沉积物，软管内壁为黑色燃料气介质与铁锈沉积物。软管内外壁有腐蚀孔，最大约为1.5 mm，属于点蚀孔。软管内壁发现未腐蚀穿透的点蚀坑，而软管外壁没有，说明软管主要为内壁腐蚀穿孔，见图4。

图4 软管试样内壁点蚀孔和点蚀坑

1.3 软管试样内外壁微观检测

1.3.1 检测内容

选取2 个软管试样，用扫描电镜分析内外壁微观形貌，用能谱分析仪检测内外壁表面腐蚀产物成分。

1.3.2 检测结果

图5 是软管内壁点蚀孔形貌。由图5 可以看出，软管内壁存在点蚀孔和点蚀坑。而外壁只有内壁腐蚀穿透的孔洞，未发现点蚀坑，设说明软管主要为内壁腐蚀穿孔。

表1 是软管内壁腐蚀产物组分，表2 是软管外壁腐蚀产物组分。由表1 和表2 可以看出，软管的内壁在点蚀孔和点蚀坑附近普遍存在Cl 元素，软管的外壁未发现Cl 元素。

图5 软管内壁点蚀孔形貌 40 ×

表1 软管内壁腐蚀产物成分

表2 软管外壁腐蚀产物成分

1.4 软管材质成分检测

1.4.1 检测内容

软管壁厚只有0.5 mm，无法钻粉检测含碳量。在软管上截取2 个试样，用直读光谱仪检测2 个样品主要成分。

1.4.2 检测结果(见表3)

表3 软管材质主要成分 w，%

1.4.3 结果分析

由表3 可以看出，软管材质主要成分符合GB 1220-2007《不锈钢棒》对304 不锈钢的主要成分要求，确认软管材质为304 不锈钢。

1.5 软管组织中夹杂物检测

1.5.1 检测内容

在软管上截取1 个试样，经过水砂纸、金相砂纸细磨、研磨和抛光，制备成微观分析试样，用扫描电镜分析微观组织中的夹杂物形貌，用能谱分析仪检测夹杂物成分。

1.5.2 检测结果

图6、图7 是软管微观组织中的夹杂物，表4是夹杂物成分。

图6 软管微观组织中的夹杂物 3 000 ×

图7 软管微观组织中的夹杂物 5 000 ×

表4 软管组织中的夹杂物成分

1.5.3 结果分析

图6 和图7 可以看出，软管微观组织中或多或少含有一定数量和大小的非金属夹杂物，夹杂物呈现颗粒状。表4 成分检测结果表明，夹杂物主要为氧化物。

按照国家标准GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检测法》，图6 和图7 中夹杂物属于B 类，评级为0.5 级。

1.6 软管金相组织检测

1.6.1 检测内容

将抛光好的试样用王水溶液浸蚀，制备成金相试样，用金相显微镜对试样进行金相组织分析。

1.6.2 检测结果及分析

图8 为软管金相组织，由图8 可以看出软管金相组织为奥氏体，未发现晶间腐蚀痕迹。按照国家标准GB 6394-2002《金属平均晶粒度测定图谱》，晶粒度评级为6 级，组织比较粗大。

图8 软管金相组织 200 ×

2 软管泄漏失效分析

2.1 软管腐蚀类型

通过对软管进行了宏观和微观检测分析、材质成分分析、夹杂物及金相组织分析，可以得到以下结果:

(1)软管材质分析结果表明是304 不锈钢，304 属于奥氏体不锈钢，耐卤族元素(尤其是Cl-)点蚀能力差;

(2)软管泄漏是由于内壁腐蚀穿孔造成的，内壁腐蚀类型为点蚀，未发现应力腐蚀和晶间腐蚀痕迹;

(3)由软管的内壁在点蚀孔和点蚀坑附近普遍存在Cl 元素可知，软管点蚀主要由Cl-导致，软管组织中的细小夹杂物以及内壁钝化层破损处，在垢下Cl-高浓度部位极易产生点蚀。

2.2 腐蚀介质来源分析

(1)燃料气含有大量H2S 和CO2(大于1 000 mg/kg)，但单独作用不会造成304 不锈钢点蚀，否则整个软管都会发生点蚀，并且平时使用过程中就会腐蚀泄漏;

(2)造成软管点蚀的是304 不锈钢最敏感介质Cl-，一部分来源于停工检修时的吹扫蒸汽冷凝水，另一部分来源于燃料气在软管内壁沉积锈垢积聚的Cl-，水沉积到软管下垂弯曲部位;

(3)软管内壁沉积锈垢有利于冷凝水中的Cl-积聚和浓缩，再加上垢下电化学腐蚀促进作用及H2O 和H2S 的作用，加速了点蚀发生。

3 建议措施

(1)软管在使用过程和检修时，尽量避免接触含Cl-介质，尤其是检修时，及时除垢和排净残液，避免含Cl-介质对软管产生点蚀;

(2)软管材质升级为耐Cl-点蚀能力较强的316L 不锈钢。