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加氢精制高压换热器管箱隔板断裂原因分析及预防措施

文档作者：李德成王晓楠文档来源：中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司炼油厂		点击数：	更新时间： 2024年09月21日
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2016 年7 月
加氢精制高压换热器管箱
隔板断裂原因分析及预防措施
李德成王晓楠(中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司炼油厂, 辽宁辽阳111003)
摘要：120万吨/ 年柴油加氢精制装置高压换热器E6101B
在检修过程中发现管箱隔板断裂，根据断口形貌，结合工艺条
件及隔板材质特性进行分析，判断隔板断裂属于连多硫酸应力
腐蚀开裂。对防止该类腐蚀提出了一些预防措施。
关键词：换热器；管箱隔板；304奥氏体不锈钢；连多硫酸应
力腐蚀开裂
1 装置概况
120万吨/年柴油加氢精制装置以常减压装置加工的俄罗
斯原油的直馏柴油为原料，在催化剂的作用下，经过一系列工
艺过程生产出高质量柴油，其反应部分流程图如图1。
图1反应系统部分流程图
本装置的三台高压换热器均为U 型管式两管程换热器，
2007年1月投用，从2015年1月开始E6101B换热效果明显下
降，到2015年8月出入口温差不足10℃，由于该换热器换热效
果差导致了加热炉热负荷增加，反应空冷全开仍无法满足工艺
参数，装置被迫停工，停工后对E6101B进行解体检修，检修过
程中发现E6101B管箱隔板大面积断裂（如图2），E6101B主要
技术参数如表1。
表1 E6101C主要技术参数
E6101B
管程
壳程
工作压力
（MPa）
8. 1
9. 2
设计压力
（MPa）
9. 2
9. 5
工作温度
（④）
200
160
设计温度
（④）
280
220
隔板材质
304
304
介质
柴油、硫化
氢、氢气
原料油、硫化
氢、氢气
图2 E6101B隔板断裂情况
图3 E6101B隔板断口形貌
2 断口形貌
如图3所示，隔板表面有一层薄薄的锈蚀层，隔板开裂的部
位在隔板与管箱焊缝处，正好是焊接热影响区，断口没有塑性
变形的痕迹，表面没有杂质，形状为锯齿形，根据这些特征判断
为脆性断裂。进一步观察整个隔板没有明显减薄。
3 原因分析
由断口形貌显示，断口为脆性断裂，且位于热影响区，隔板
无明显腐蚀减薄，再结合工艺条件及隔板材质特性分析，隔板
断裂属于连多硫酸应力腐蚀开裂。
正常工作时E6101B 管箱介质为柴油、H2S、H2，温度为
280℃，在该温度下H2S可直接与设备表面的金属Fe发生化学反
应而生成FeS，这些FeS在设备表面形成一层致密的膜，在一般
情况下，这层致密的膜会阻挡腐蚀介质接触基材，从而保护设
备不被腐蚀。但是，当装置需要停车检修设备时，打开设备后
空气中大量的O2和水分会进入设备内，并与设备表面的FeS发
生反应，便可生成多量的连多硫酸[1]。
由于E6101B,E6101C换热器管束铵盐结晶，车间多次对管
束进行清洗，清洗之前首先要拆卸E6101B管箱接管，接管规格
为DN400，由于管径较大管线较长，吊装十分困难，吊装时间比
较长，吊装过程中由于作业人员靠近管箱接管法兰口，为了安
全起见系统氮气补压吹扫必须暂时停止，此时空气中的O2和水
分进入管箱内与管箱隔板表面的FeS反应生成了多量的连多
硫酸。
隔板材质为304奥氏体不锈钢，在隔板和管箱焊接过程中
304奥氏体不锈钢会在热影响区形成了一个敏化区，在该区域
铬的碳化物即会在晶粒边界析出，导致碳化物附近出现贫铬区
同时影响晶界区的钝化性[2]。另外在焊接热影响区内，会残存
因焊接而产生的应力。
在该敏化区由于存在连多硫酸，很容易发生晶间腐蚀，又
由于焊接应力的存在，接着又发生了连多硫酸应力腐蚀开裂，
最终导致了隔板断裂。
4 预防措施
（1）检修过程中，在保证安全的前提下，尽可能快的拆卸和
吊装接管，减少进入管箱的空气，从而产生较少的连多硫酸。
（2）工艺流程进行改造，在不拆卸接管的情况下就可以对
换热器进行碱洗，去除设备内表面的FeS，碱洗后即使拆卸过程
中有大量空气进入也不会产生连多硫酸。
（3）隔板材质选用具有能够抵抗连多硫酸应力腐蚀开裂性
能的材质。例如渗铝钢（渗铝钢是通过某种工艺将金属铝渗入
到金属表面并与铁形成Fe-Al合金，形成致密的硫化膜阻止了
腐蚀的进一步发展，且这层硫化膜在有氧和水的条件下也不会
发生连多硫酸）、347、321等。
5 结论
在连多硫酸存在的情况下，304奥氏体不锈钢在焊接热影
响区极易发生连多硫酸应力腐蚀开裂。在以后的检修过程中
要注意防止连多硫酸的产生，从而避免连多硫酸应力腐蚀开裂
问题的产生，保障装置长周期平稳运行。
参考文献:
[1]邹德敬,赵守辉.不锈钢设备的连多硫酸应力腐蚀开裂机
理与防护[J].辽宁化工,2009,38(1):43-45.
[2]马李洋,丁毅.304不锈钢在连多硫酸中的应力腐蚀研究
[J].压力容器,2007,24(1):1-3. 作者简介：李德成（1988-）男山东省泰安市人助理工程师本
科主要从事石油化工设备维护工作
技术管理
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