焦化加热炉辐射炉管腐蚀失效分析

焦化加热炉辐射炉管腐蚀失效分析焦化加热炉辐射炉管腐蚀失效分析 应用扫描电子显微镜 能谱分折以及 x 射线衍射仪对焦化 加热炉辐射炉管的高温腐蚀产物外貌特征 腐蚀物成分以及物 相进行了分析 结果表明 由于炉膛操作温度过高 且燃料中 含硫 cr5mo 炉管不但发生高温氧化腐蚀 还发生高温硫腐蚀 使加热炉辐射炉管破坏加巨 最终导致炉管失效 同时提出了 预防措施 cr5mo 钢具有良好的抗腐蚀性能和适中的高温机械性能 是石油化工设备常用的金属材料 玉门油田炼化总厂焦化车间 使用这种材料制成的焦化加热炉辐射炉管投入后 2007 年至 2010 年在短短 3 年中却发生了严重的腐蚀 其中 2010 年大检 修针对辐射炉管腐蚀严重的 15 根炉管进行更换 2013 年大检 修炉管腐蚀严重的 12 根炉管进行更换 表面腐蚀产物一层层剥 落 有些部位严重减薄 本研究工作针对这一现象 对辐射炉 管使用环境及其腐蚀产物的形貌 成分 物相进行分析 旨在 找出腐蚀失效的原因及改进措施 腐蚀产物检测腐蚀产物检测 高温腐蚀产物外貌特征宏观可见 腐蚀产物极易呈片状剥 落 片状物大小不一 新剥落的腐蚀片 外表呈暗红色凹凸不 平 内表面呈光滑沥青状 观察腐蚀片的截面 有层状结构 扫描电子显微镜形貌观察 用扫描电子显微镜观察片状腐蚀产 物的截面 上部为腐蚀片的外层 此部位的腐蚀物组织疏松不 连续 下部是腐蚀片的内层 即靠近基体的部位 此处的组织 相对细密 内外层之间有一中间层 此层组织的紧密程度介于 内外层之间 在外层与中间层交界处 中间层与内层交界处 分别观察到断断续续的裂纹 利用扫描电子显微镜分析可以更 宏观判断焦化加热炉辐射炉管腐蚀产物组织结构 焦化加热炉 辐射炉管外壁温度为 742 左右 超过了 cr5mo 钢的适宜温度 故发生高温氧化腐蚀 长期超温运行所造成损伤的程度依次为 氧化 渗碳及组织变化 壁厚减薄程度是评价管能否继续使用 的首要依据 能谱分析 对剥落片截面进行扫描电镜的能谱分析 在截 面的不同部位均可检测出 fe s na cr si mg 等元素 不 同部位其元素的相对质量不相同 从外层到内层 硫化物的含 量逐渐依次递减 s 含量由 33 34 下降到 9 再减为 2 5 在 内表面呈光滑沥青状的部位测定 fe c s3 种元素的质量百分 含量分别是 32 13 0 16 和 1 60 由于燃烧高压瓦斯气 燃烧产物使炉内硫化氢分压变高 还发硫化氯腐蚀 且硫化速 度比氧化速度要大几数量级 所以 cr5mo 辐射炉管在短时间内 出现严重腐蚀 随着腐蚀进行 辐射蚀产物变厚 腐蚀膜的内 应增大 特别是硫化物生长产生的应力比氧化物生长产生的应 力大许多 在应力作用下 腐蚀呈层状剥落的形式 x 射线衍射物相分析 剥落片的 x 射线衍射物相分析表明 片的主要物相是 fe304 fe203 fes2 从 x 射线衍射物相分析表 明 降低燃料气中的硫化物是提高加热炉炉管使用寿命的关键 因素 腐蚀类型及原因分析腐蚀类型及原因分析 对焦化加热炉工作条件进行测定 管内的渣油入口温度 370 出口温度变为 4911 炉膛温度约 742 炉膛燃烧的 高压瓦斯 高压瓦斯内含多种形式的硫化物 综合以上检测结果 可以知道剥落的片状物 包括内表面 呈光滑沥青状的部位都炉管腐蚀的产物 而不是燃烧的垢物 腐蚀物的物相基本是氯化物和硫化物 炉管发生了高温氧腐蚀 和硫腐蚀 炉管发生腐蚀的原因有二 一是操作温度过高 根据现场 测定 炉膛温度达到了 700 以上甚至有的部位达到 800 而 cr5mo 钢适宜温度为 650 以下 材料在高温工作中造成严重 的氧腐蚀 二是燃料高压瓦斯气含硫 硫醇 硫化物 硫化氢 等物质 各种硫化物特别是硫化氢对钢村的腐蚀性比氧的腐蚀 性更强 如下表 1 为焦化加热炉烟气含量表 焦化加热炉主要烟气成分含量表 烟气成分 o2conono2noxso2h2sco2 含量 mg kg 8 09175240191501007 2 表 1 腐蚀物层状剥落的原因 随着腐蚀速度加快 腐蚀产物变 厚 腐蚀膜的内应力增大 以致出现开裂 当内应力足够大时 即形成片状剥落 当炉膛的温度高于 cr5mo 钢的适宜温度时 辐射炉管的抗 氧化性降低 若周围环境的硫化氢含量尚不很高 环境气氛将 以氧分压为主 这时发生氧腐蚀为主的高温氧化 氧化过程中 材料中的 cr 与氧形成的氧化膜存一定的致密性 对腐蚀发展速 度有一定阻挡作用 随着高压瓦斯气不断燃烧 燃烧产物之一 的硫化氢浓度也不断升高 气体介质中除了氧还含硫化氢 硫 化氧分压导致的腐蚀会超过由氧分压导致的腐蚀 此时辐射炉 管将以硫化腐蚀为主 与氧化相比 高温硫化腐蚀与氧化腐蚀 有许多类同 但一般金属的硫化腐蚀速度比氧化腐蚀速度要大 几个数量级 且硫化物生长产生的应力比氧化物生长产生的应 力大许多 硫化物层容易破裂和剥落 对腐蚀发展完全丧失阻 挡作用 导致辐射炉管破坏加速 严格按照 焦化加热炉操作规程 进行操作 尽量保证操 作时温度的稳定和原料渣油流速的平稳 定期检查辐射炉变化 和壁厚度 掌握积碳情况 及时继修及更换 定期测定加热炉 辐射室炉管外壁的温度 同时增加管内温度测控点 通过热电 偶进温度控制 对加热辐射炉管进行材料升级 cr5mo 钢适