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环境开裂(碱应力腐蚀开裂) 发布时间:2020-08-10   浏览量:1297次

1 损伤描述及损伤机理


与碱溶液接触的设备和管道表面发生的应力腐蚀开裂,多出现在未进行消除应力热处理的焊缝附近,它可在几小时或几天内穿透整个设备或管线的壁厚。


碳钢在高温下与水蒸气产生如下的化学反应:


在这个反应中,如存在氢氧化钠,可起催化作用,反应生成的四氧化三铁


Fe3O4覆盖在钢材表面,形成一层保护膜。局部拉伸应力过高时会破坏保护膜,在金属表面形成最初的腐蚀裂纹。氢氧化钠可在裂纹中富集,形成电偶腐蚀。裂纹尖端区域为阳极,裂纹周围的保护层为阴极,形成小阳极大阴极的


结构,加上拉伸应力的作用,使裂纹迅速扩展,最终发生断裂。


2 损伤形态


a)碱应力腐蚀开裂通常出现在靠近焊缝的母材上,沿着与焊缝平行的方向扩展,也可能出现在焊缝和热影响区;


b)碱应力腐蚀开裂裂纹细小,多呈蜘蛛网状,起源于有局部应力集中的焊接缺陷处;


c)碳钢和低合金钢的开裂主要呈沿晶扩展,裂纹内常充满氧化物;


d)300系列不锈钢的开裂主要呈穿晶型扩展,和氯化物应力腐蚀开裂裂纹形貌相似,难以区分。


3 受影响的材料


碳钢、低合金钢、300系列不锈钢较为敏感。镍基合金耐碱应力腐蚀开裂能力较强。


4 主要影响因素


a)浓度:碱浓度超过5%(质量分数)时开裂就可能发生,随碱浓度升高,开裂敏感性升高。存在介质浓缩条件时(如:干湿交替、局部加热或高温蒸汽吹扫等),碱浓度达到50×10-6~100×10-6时就足以引发开裂。


b)温度:随温度继续升高,开裂敏感性增高。


c)残余应力:焊接或冷加工(如弯曲和成型)残余应力均可成为开裂的应力条件,通常应力要达到屈服应力时开裂才会发生。


d)伴热:工厂经验表明有伴热的管线,或未经焊后热处理的碳钢管道和设备蒸汽吹扫时开裂可能性较高。


5 易发生的装置或设备


a)苛性碱处理的设备和管线,包括脱硫化氢和脱硫醇装置,以及硫酸烷基化和氢氟酸烷基化装置中使用的碱中和设备。常减压装置的常压塔进料有时注入苛性碱来控制氯化物含量。


b)伴热设置不合理的设备和管线,以及加热盘管和其他传热设备可能发生开裂。


c)在苛性碱环境中使用,然后进行蒸汽吹扫的设备。


d)锅炉中锅炉给水过热,使锅炉管局部出现干湿交替,产生碱液浓缩的部位。


e)乙烯裂解装置中裂解与急冷系统:急冷水塔釜的急冷水回流流程,包括急冷水塔釜及相连管道;工艺水汽提塔塔釜工艺水部分回流、部分去稀释蒸汽发生系统的流程,包括工艺水汽提塔釜、蒸汽发生器底部、凝液分离罐底部、热交换器管程及流程中的管道。


6 主要预防措施


a)合理选材;


b)消应力热处理;


c)未消应力热处理的碳钢管线和设备,不能直接进行蒸汽吹扫,应在蒸汽吹扫前水洗,如无法水洗就只能用低压蒸汽进行短时间吹扫;


d)常减压装置的高温原油预热流程的注碱系统,可通过优化设计,以及合理进行注入操作使碱与原油在到达预热段前充分混合;


e)尽可能不设伴热线,如设伴热线也不能间歇使用。


7 检测或监测方法


a)目视检测、磁粉检测、射线成像检测、涡流检测或漏磁检测等技术均可用以检测裂纹,检测前应对检测表面先进行清理;


b)裂纹中多充满积垢,不宜采用渗透检测;


c)可用超声波端点衍射技术等技术测量裂纹自身高度;


d)可用声发射检测技术监测裂纹是否会扩展。


8相关或伴随的其他损伤


碱应力腐蚀开裂、连多硫酸应力腐蚀开裂。


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