焦化加热炉辐射炉管腐蚀失效分析

1、安全管理文书焦化加热炉辐射炉管腐蚀失效分析日期：单位：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

2、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

3、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742C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，

4、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Cr5M o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

5、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对焦化加热炉工作条件进行测定，管内的渣油入口温度370C，出口温度变为4911C，炉膛温度约742C。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 700C以上甚至有的部位达到 800C.而Cr5Mo钢适宜温 度为650C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

6、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：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

7、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钢适宜温度为650C以下， Cr9Mo钢适宜温