《炼油厂固定设备腐蚀机理汇总》由会员分享，可在线阅读，更多相关《炼油厂固定设备腐蚀机理汇总（219页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2006-11-30,mmgwp,1,炼油厂固定设备腐蚀机理,顾望平 国家压力容器与压力管道安全技术研究中心 （合肥通用机械研究院）,2006-11-30,mmgwp,2,主要参考文献,API581-2000 “基于风险的检验” API RP580-2002 “基于风险的检测” API571-2003 “炼油厂固定设备腐蚀机理” 日本石油学会 “石油炼制装置的材料选择” 化学工业出版社“石油工业中的腐蚀与防护”,2006-11-30,mmgwp,3,腐蚀机理,机械和冶金故障 均匀或局部厚度损失 高温腐蚀 环境促进开裂,2006-11-30,mmgwp,4,API571 炼油厂固定设备腐蚀机理,
2、2006-11-30,mmgwp,5,2006-11-30,mmgwp,6,2006-11-30,mmgwp,7, 机械和冶金失效机理,2006-11-30,mmgwp,8,某些碳钢和0.5Mo钢在427593范围下长期运行后钢中的碳化物相分解成石墨球，导致强度、延展性和/或抗蠕变能力丧失。 影响因素 ）化学成分、应力、温度和暴露时间 。 ）石墨化不容易被发现。有些炭钢石墨化不敏感的确切原因还不清楚。 ）石墨化在含Mo到1%的低合金C-Mo钢中有发现。添加0.7%的Cr可以消除石墨化 。 ）低于 427速度十分慢。随温度升高速度加快。 ）有两种类型的石墨化,第一种是随机的石墨化，石墨瘤在金属中
3、随机分布。而这种石墨化会降低室温拉伸强度，它通常不会降低耐蠕变性能。,机械与冶 金失效机理,石墨化,/62,2006-11-30,mmgwp,9,）第二种是更有害的石墨化，形成浓缩的石墨瘤链或局部层。会造成耐负荷能力的明显降低，增加沿平面脆性开裂的可能性。 这种石墨化的两种形式是焊缝热影响区石墨化和无焊接石墨化 a, 焊接热影响区石墨化通常发现在临近焊缝的窄的热影响区部位，与热影响区的低温边有关。在多路焊接的对接接头，这些区相互重叠，覆盖了整个横截面。石墨瘤可以在这些热影响区的低温边缘形成，导致贫石墨带沿这个截面扩展。因为它的外观，被称为眉毛石墨化。 b, 无焊接石墨化是一种局部石墨化，有时沿
4、钢铁的局部屈服点发生。它也会在由于冷加工操作或弯曲造成的明显塑性变形的区域以链状发生。 ）石墨化的程度和范围通常以定性的方式来报道（没有、轻微、中等、严重）。尽管很难预测它形成的速度，当操作温度高于538时，仅5年就会发生严重的热影响区石墨化。在454时，经过30到40年会发现非常轻微的石墨化。,石墨化,2006-11-30,mmgwp,10,受影响部位 ）FCC、重整和焦化装置主要的热管线和设备。 ）贝氏体牌号的敏感性比粗珠光体牌号低 。 ）在炼油厂，很少有直接由于石墨化造成的失效。严重的案例发生在FCC装置的反应器、管道和废热锅炉；热裂化装置的碳钢炉管。在0.5Mo的重整反应器/中间加热器
5、管线的焊缝也发现了石墨化失效。 ）热影响区发生浓缩眉毛石墨化的部位，蠕变断裂强度会大大降低。热影响区的轻微或中度石墨化不会明显降低室温或高温性能。 ）石墨化极少发生在锅炉表面管，但是确实在19世纪40年代发生在低合金C-0.5Mo管和管箱上。操作温度在441-552范围内的省煤器管束、蒸汽管线和其它设备更容易遭受石墨化腐蚀。 损伤的外观或形貌 ）只能用金相发现。,石墨化,2006-11-30,mmgwp,11,）与蠕变强度有关的损伤的后期，可能有微裂缝/微孔的形成、表面下开裂或表面接触开裂。 预防与减缓：含铬低合金钢可防止石墨化。 检验和监测 ）取试样的整个厚度作金相分析。损伤也可能发生在壁厚
6、的中间。 ）深度损伤阶段包括可能难以检测到的表面裂纹或蠕变变形。,石墨化,石墨瘤,碳钢的典型铁素体-珠光体正常组织,2006-11-30,mmgwp,12,机械与冶 金失效机理,软化(球化作用),钢铁暴露在440-760范围内微观组织发生变化，碳钢中的碳化物相变不稳定，从常规的平面形状聚集成球状，或从低合金钢如1Cr-0.5Mo中小的、细微分散的碳化物转变成大的块状碳化物。球化会造成强度和/或耐蠕变性能的损失。 受影响材料：碳钢和低合金钢，包括C-0.5Mo，1Cr-0.5Mo，1.25Cr-0.5Mo，2.25Cr-1Mo。 影响因素 ）化学成分、微观组织、暴露时间和温度 。 ）球化的速度取
7、决于温度和初始微观组织。球化在552下可以在几小 时内发生，但是在454下需要几年。 ）退火钢比常见钢更耐球化。粗晶粒钢比细晶粒钢更耐蚀。细晶粒硅 镇静钢比铝镇静钢更耐蚀。,2/62,2006-11-30,mmgwp,13,受影响部位 ）球化可发生在454以上的管道和设备中。强度损失可能高达30%左右，但失效不大可能发生，除非在很高的外加应力下。 ）强度的损失伴随着韧性的增加，使得在应力集中时发生变形。 ）影响FCC、重整和焦化装置中的热壁管线和设备。锅炉或工艺装置中的加热炉管会遭受蠕变强度的损失，但是通常设备很少因球化而进行更新或修复。 损伤外观或形貌 ）只能通过金相发现。珠光体经过长时间的
8、转变，由片状变为完全球化。 ）对于5%-9%CrMo合金，球化是碳化物从初始的细微分散形貌向大的块状碳化物转化的过程。,软化(球化作用),2006-11-30,mmgwp,14,软化(球化作用),碳钢的典型铁体 -珠光体正常结构,球化碳化物,2006-11-30,mmgwp,15,长期暴露在343至593范围内、某些低合金钢中发生的金相变化而导致的韧性降低，由夏式冲击试验测定的韧性-脆性转变温度升高。在操作温度下韧性的损失不明显，可能开车和停车过程中容易受到脆性断裂失效 受影响材料： ）主要是2.25Cr-1Mo低合金钢，3Cr-1Mo(在较小程度)和高强度低合金Cr-Mo-V转子钢。 ）19
9、72年前制造的2.25Cr-1Mo设备尤为敏感； ）C-0.5Mo和1.25Cr-0.5Mo 合金钢受回火脆化的影响不明 显。但是，其它由于高温损伤 造成的金相变化可能会改变这 些材料的韧性或高温延展性。,机械与冶 金失效机理,回火脆化,3/62,2006-11-30,mmgwp,16,影响因素 ）合金组成、热经历、金属温度和暴露时间。 ）敏感性主要是由于合金元素Mg和Si及少量元素P、锡、锑、砷的存在决定的。强度水平和热处理/制造过程也需要考虑。 ）2.25Cr-1Mo钢的回火脆化在482比在427-440范围内发展得要快，但是长期暴露在440下的损伤更严重。 ）多数损伤发生在在脆化温度范围
10、内服役多年后。有些在制造热处理过程中发生. ）材料韧性的评价需要考虑缺陷类型、环境的严重程度、操作条件，尤其是在氢环境中。 受影响部位 ）很少工厂失效是由回火脆化直接导致的。 ）加氢装置反应器、热进料/流出物换热器部件和热高压分离器。其它装置有重整装置（反应器和换热器）、FCC反应器、焦化和减粘裂化装置。,回火脆化,2006-11-30,mmgwp,17,）焊缝通常比基体金属更容易发生回火脆化 . 损伤外观或形貌 ）回火脆化是一种金相变化，通过冲击实验来确认。 ）夏式V形切口冲击实验测定出的韧性-脆性转变温度上限来确定，要和未脆化的或消除脆化的材料进 行对比。回火脆化的另一个重要特 征是对上平
11、台能量没有影响。 预防与减缓 ）现有材料 a,如果材料含有临界水平的脆化杂质 元素，并且暴露于脆化温度范围内， 则不能防止回火脆化,回火脆化,40-ft-lb转变温度中一个转变的温度有关的夏普V形缺口韧性图,2006-11-30,mmgwp,18,b,为降低开停工过程中的脆断可能性，炼油厂使用了热态增压步骤，限制系统压力在温度低于最小增加温度（MPT）时达到大约25%的最大设计压力。 c,（MPT）范围从最早的171，降低到新的耐回火脆化钢（也用于降低氢脆的影响）的38或更低。 d, 如果需要焊缝修补，回火脆化的影响可以通过加热到620来临时逆转（脱脆化），时间为每英寸厚度2小时，然后快速冷却
12、到室温，如果再次暴露在脆化温度范围内，再脆化会随时间延续而发生。 ）新材料 a, 限制基体金属和焊缝中Mg、Si、P、锡、锑、砷的允许含量。另外，强度水平和PWHT步骤应当确定并仔细控制。 b, 限制基体金属的“J*”因子和焊接金属的“X”因子： J*=（Si+Mn）（P+Sn）104 （元素以wt%计） X=（10P+5Sb+4Sn+As）/100 （元素以ppm计）,回火脆化,2006-11-30,mmgwp,19,c, 2.25Cr钢的典型J*和X分别为100和15。研究表明，限制（P+Sn）低于0.01%就足以降低回火脆化，因为（Si+Mn）控制着脆化速度。 d, 应当考虑材料专家的建
13、议，以确定可以接受的组成，韧性和强度水平，以及新低合金钢厚壁设备和在蠕变范围内操作的低合金钢设备的适当的焊接、制造、热处理步骤。 检验和监测 1) 检测的常用方法是在反应器内安装和合金材料原始处理过程一致的试块。定期取出试块进行冲击试验以监测回火脆化的进度或确定是否需要采取修复。 2) 严格按照操作规程的热态开停工步骤操作。,回火脆化,2006-11-30,mmgwp,20,在一中间温度下变形和老化的共同作用下，多见于较老的碳钢及C-0.5钼低合金钢的一种损伤形式。它将导致硬度和强度增加，而延展性及韧性降低。 未经过消除应力的较老的具有大晶粒的碳钢及-0.5钼低合金钢敏感材料制成的厚壁容器上最
14、可能发生。 影响因素 ）钢铁成分和制造工艺决定了敏感性。 ）酸性转炉或平炉制造的钢比氧气顶吹转炉（BOF）炼制的钢杂质元素含量高。 ） 一般，碱性氧气炼钢炉生产、并用铝完全脱氧的钢不易受到影响。 ）应变老化效应在被冷加工，没有经过消除应力就投入中间温度下使用的材料中发现。,机械与冶 金失效机理,应变老化,4/62,2006-11-30,mmgwp,21,）含裂纹设备的应变老化是个问题。如果敏感材料经过塑性变形，并暴露于中间温度下，则已变形的区域的材料将变硬，且延展性降低。 ）热态开停工增压顺序可防止敏感性材料发生脆性断裂。 ）应变老化通过金相分析可以发现，但是早期通常不会被认为是应变老化。 预
15、防和减缓 ）含较低含量杂质元素和有Al（0.015wt%）完全脱氧的较新钢种没有问题。 ）较老的设备，应格外小心通过避免对设备受载荷，直到金属温度达到许可水平。 ）敏感性材料的焊接修复前要进行热处理。对不可能采用热处理的场合，采取预堆边焊以尽量减少受约束的老式材料的焊接。,应变老化,2006-11-30,mmgwp,22,机械与冶 金失效机理,(475脆化,暴露于316540范围内在含铁素体相的合金中发生金相变化引起的硬度增加，韧性损失； 受影响材料 ）400 SS系列(例如：405、409、410、410S、430以及446)。 ）合金2205、2304和2507等双相不锈钢。 ）含铁素体，
16、特别是含焊缝和堆焊层的300系列锻造和铸造不锈钢。 影响因素。 ）合金成分，尤其是Cr含量，铁素体的量，操作温度。 ）铁素体量的增加会增加了高温下操作的损伤敏感性。造成韧性- 脆性转化温度的明显增加。 ）损伤是累积的，在475以下时，需要更多的时间来达到最大的 脆化。例如，在316时，需要数千小时。,5/62,2006-11-30,mmgwp,23,）在装置停车、开工或严重异常较低温度下影响韧性明显。 ）在更高温度的回火或通过停留在转换温度范围内或在转换温度范围内冷却造成了脆化。 受影响部位 ）有敏感材料暴露在脆化温度范围的装置都会发生。 ）大多数炼油厂限制铁素体不锈钢的使用，仅用在无压力界限。 ）常见的案例包括FCC、常减压、焦化装置中的高温容器内构件和分馏塔塔盘。如：对409和410材料的塔盘进行焊接、弯曲和加压时造成的裂纹（通常发生在减压
