钢的脆性转变温度的影响
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上海市锅炉压力容器检验所 沈伯康 华 丽 汤晓英 王正东 朱奎龙 华东理工大学
，因此事先进行了一系列的探
索试验，以确定合适的电化学试验条件。图 " 为电 化学 充 氢 原 理 图， 充 氢 试 验 条 件 为： 电 解 液 为 "#$! %&’ ( &)!*+#,-./! ，充氢电流为 &)&*-，充 氢 时间为 "*01，充氢温度为室温。充氢结束时，取 其中一个试样洗净放于甘油测氢仪中测量试样中的 扩散氢浓度，其余试样洗净置于干冰中保存。为减 少氢逸出量，此过程尽量控制在 * 分钟内，经测 ［5］ 试，试样中的扩散氢浓度为 2)!334 。
［’］ 用，因此引起了人们的高度关注 。本文对上海石
实验所用材料是运行 C#BBB0 的 @AB’ 加氢精制 反应器的挂片，主体材质为 !"!#$% & ’()，其化学 成份和力学性能见表 ’、表 !。
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图’ 母材充氢状态冲击断口 *&& > 图5 母材脱氢状态冲击断口 *&& >
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（上接第 $$ 页）延性断裂特征，其韧性较好，而经 充氢的母材断口具有沿晶断裂特征，且有二次裂 纹。而在同样温度下，脱氢与取出状态的冲击功相 差无几，这是由于挂片在加氢反应器的停工过程和 随后的解剖加工过程中扩散氢浓度不断降低的缘 故。 ! 结论
控制降温速度等措施来降低停工过程中反应器壁中 的氢浓度，从而避免加氢反应器的氢脆和氢致开 裂。
长期处于高温、高压、临氢环境下运行的加氢反应器，其材质会出现回火脆化和氢脆等现 象，对设备安全运行构成威胁。本文通过对 @AB’ 加氢精制反应器内置 !"!#$% & ’() 挂片的解剖， 分析该反应器运行 C#BBB0 后的回火脆化量，并对冲击试样进行电化学充氢试验，分析充氢对 !"!#$% & ’() 钢的脆性转变温度的影响，从而为加氢反应器的安全运行提供借鉴。 关键词：加氢反应器 回火脆化 氢脆 电化学充氢
参考文献 #" 刘相臣等 ! 化工装备事故分析与预防［ ’］ ! 北京：化学 工业出版社，#((( $" 程林 ! 换热器内流体诱导振动［ ’］ ! 北 京：科 学 出 版 社，$))# %" 上海石油化工总厂资料编译组 ! 化工设备的检查和维修 ［ "］ ! 上海；上海科学技术文献出版社，#(*& !" 孙结实 ! 管子与管板的联结方式述评 ! 化工设备设计， ：%& - %, #((+；%!（,） &" 蔡仁龙 ! 提高换热器管板与管子连接接头质量浅谈 ! 化 ：#! - #& 工设备与管道，$)))；%+（$） ," 孙晓峰等 ! 管壳式换热器的腐蚀与防护分析 ! 化工装备 技术，#((+；#*（#） ：&$ - && 作者简介：吴金星，男，#(,* 年生，郑州大学讲师，华东 理工大学博士研究生，从事过程装备的强化传热和设备失 效分析等研究工作。通讯地址：河南省郑 州 市 文 化 路 (+ 号，郑州大学（北校区）化工学院，邮编：!&)))$，电话： )%+# . %**+*$%。
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氢电流密度、充氢时间以及试样自身材质状况等对 充氢效果均有影响
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试块母材力学性能测定结果
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试验数据和分析
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挂片母材冲击功随温度变化曲线
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电化学充氢原理图
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挂片性能测试
对下列四种状态的挂片材料进行不同温度的冲 击试验，以求韧性随温度的变化曲线，并在转变曲 线上，确定被评定材料冲击功为 *’ 焦耳时所对应 的温度（ 678*’） 。冲击试验按 9: ; 7!!0 < 0’《金属 夏比缺口冲击试验方法》进行。 （"）挂片取出后的状态。主要是为了确定挂片 在反应器中放置了约 5*&&&1 后的回火脆化状态。 （!）经 25&= > !1 脱脆处理后的状态。对它进 行冲击试验是由于缺乏挂片试块原始状态的试验数 据，用它模拟挂片原始状态，从而测定其性能数 据，并与脱脆前的取出状态性能数据相比较，用以 确定挂片在反应器中放置约 5*&&&1 后所产生的回 火脆化量。 （5）经 5&&= > ?1 脱氢处理后的状态。对它进 行冲击试验是为了排除试样中扩散氢的影响，即排 除氢脆对回火脆化的影响，也为了与充氢试样作对 比。 （’）电化学充氢条件下的状态。对它进行冲击 试验是为了确定试样在含氢状态下对脆性转变温度 的影响。 图 ! 为挂片母材四种状态冲击吸收能随温度变
参考文献 #" 热壁加氢反应器技术文集，中国石化总公司规划院设备 处，#(*+ $" 徐颖，王正东，吴东棣 " 电解充氢试验条件对堆焊层剥 离的影响，压力容器，#)（,） ；!&+ - !,# %" /!)# 加氢反应器挂片材料性能试验研究报告 ! 上海市锅 炉压力容器检验所、华东理工大学 ! $))) ! ! 作者简介：沈 伯 康，男， #(!, 年 生，工 程 师。通 信 地 址： 上海金沙江路 (#& 号，邮编：$))),$。
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管壳式换热器失效分析、预防及在线检测
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有毒流体的泄漏常引起爆炸、燃烧、窒息、中毒和 灼伤事故，因而要严格控制。预防措施：选择耐蚀 材料；提高焊缝质量；焊缝采用胀焊并用；定期清 洗；流体中加入缓蚀剂控制管内流速；控制系统的 温度波动；减少法兰连接。 ! 管壳式换热器失效在线检测方法
!"# 结垢 换热器操作一段时间后，如果管壁结垢严重， 则传热能力下降，换热介质出口温度达不到设计工 艺参数要求；污垢将管内径变小；流速相应增大； 压力损失增加。这时，可通过定期检查流量、压力 和温度等操作记录来判定结垢情况。 !"$ 腐蚀和磨损 换热介质、污垢、流体速度过大和电化学等作 用都会使换热器壳体和管子内、外表面产生腐蚀磨 损。对壳体通常采用超声波测厚仪或其他非破坏性 测厚仪器，从外部测定和估计会产生腐蚀、减薄的 壳体部位。对管子在破裂前腐蚀和磨损情况检测方 法是：对于非磁性体管子，最有效的腐蚀诊断方法 是采用涡流探伤法，可测定管子壁厚减薄量，也可 测得缺陷深度。 !"% 泄漏 管子中部由于腐蚀、诱导振动等原因发生破 裂，管端由于腐蚀、高温蠕变，疲劳破坏等原因使 管子与管板的连接处泄漏。可通过低温流体出口取 样，分析其颜色、粘度、比重来检查管束的泄漏和 破坏情况。 !"! 振动
对 /!)# 加氢反应器挂片母材进行回火脆化和 氢脆化的转变温度测试，表明该反应器运行 %&)))0 后，仅有轻微的回火脆化现象，相对而言，$"$&12 . #’3 钢对氢脆的敏感性比对回火脆化的敏感性 强。因此，加氢反应器在停工时应采用脱氢工艺和
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管子与泵、压缩机共振，回转机械产生的直接 脉动冲击，以及流体诱导振动等，可通过振动测试 仪或由振动声响来判断振动情况。 & 结语
由以上分析可见，管壳式换热器的失效与材 料、结构、换热介质及工况等多种因素有关，有时 是几种因素共同作用的结果。因此，在换热器的选 材、设计、制造、装配和使用过程中要综合考虑各 种影响因素，以防患于未然。
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前言
化股份有限公司 @AB’ 加氢精制反应器挂片进行解 剖，研究充氢对 !"!#$% & ’() 钢的脆性转变温度的 影响，从而为加氢反应器的使用性能提供借鉴。 ! 试验材料
由于热壁加氢反应器的正常操作温度处于 $% & () 钢的回火脆化温度区，因此，其材质的回火 脆化难以避免。并且加氢反应器运行中，氢以原子 状态进入金属内部，若在停工时残留氢引起的脆化 与操作中的回火脆化相叠加，将会危及设备安全使
料
工
程
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充氢对 ! " !#$% & ’() 钢的脆性转变温度的影响
* +,-./ ,01 2/.%)314 56617, )4 ,01 8%9,,:1 ;%<4=9,9)4 ;1>?1%<,-%1 )6 ! "!#$% & ’() +,11:
上海市锅炉压力容器检验所 沈伯康 华 丽 汤晓英 王正东 朱奎龙 华东理工大学
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索试验，以确定合适的电化学试验条件。图 " 为电 化学 充 氢 原 理 图， 充 氢 试 验 条 件 为： 电 解 液 为 "#$! %&’ ( &)!*+#,-./! ，充氢电流为 &)&*-，充 氢 时间为 "*01，充氢温度为室温。充氢结束时，取 其中一个试样洗净放于甘油测氢仪中测量试样中的 扩散氢浓度，其余试样洗净置于干冰中保存。为减 少氢逸出量，此过程尽量控制在 * 分钟内，经测 ［5］ 试，试样中的扩散氢浓度为 2)!334 。
［’］ 用，因此引起了人们的高度关注 。本文对上海石
实验所用材料是运行 C#BBB0 的 @AB’ 加氢精制 反应器的挂片，主体材质为 !"!#$% & ’()，其化学 成份和力学性能见表 ’、表 !。
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图’ 母材充氢状态冲击断口 *&& > 图5 母材脱氢状态冲击断口 *&& >
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控制降温速度等措施来降低停工过程中反应器壁中 的氢浓度，从而避免加氢反应器的氢脆和氢致开 裂。
长期处于高温、高压、临氢环境下运行的加氢反应器，其材质会出现回火脆化和氢脆等现 象，对设备安全运行构成威胁。本文通过对 @AB’ 加氢精制反应器内置 !"!#$% & ’() 挂片的解剖， 分析该反应器运行 C#BBB0 后的回火脆化量，并对冲击试样进行电化学充氢试验，分析充氢对 !"!#$% & ’() 钢的脆性转变温度的影响，从而为加氢反应器的安全运行提供借鉴。 关键词：加氢反应器 回火脆化 氢脆 电化学充氢
参考文献 #" 刘相臣等 ! 化工装备事故分析与预防［ ’］ ! 北京：化学 工业出版社，#((( $" 程林 ! 换热器内流体诱导振动［ ’］ ! 北 京：科 学 出 版 社，$))# %" 上海石油化工总厂资料编译组 ! 化工设备的检查和维修 ［ "］ ! 上海；上海科学技术文献出版社，#(*& !" 孙结实 ! 管子与管板的联结方式述评 ! 化工设备设计， ：%& - %, #((+；%!（,） &" 蔡仁龙 ! 提高换热器管板与管子连接接头质量浅谈 ! 化 ：#! - #& 工设备与管道，$)))；%+（$） ," 孙晓峰等 ! 管壳式换热器的腐蚀与防护分析 ! 化工装备 技术，#((+；#*（#） ：&$ - && 作者简介：吴金星，男，#(,* 年生，郑州大学讲师，华东 理工大学博士研究生，从事过程装备的强化传热和设备失 效分析等研究工作。通讯地址：河南省郑 州 市 文 化 路 (+ 号，郑州大学（北校区）化工学院，邮编：!&)))$，电话： )%+# . %**+*$%。
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氢电流密度、充氢时间以及试样自身材质状况等对 充氢效果均有影响
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试验数据和分析
C"’ 电化学充氢试验 电化学充氢试验是将试样置于电解槽的阴极， 铂片作为阳极，利用电解过程的阴极效应使氢进入 金属内部。由于充氢时，电解液的组份和温度、充
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挂片母材冲击功随温度变化曲线
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挂片性能测试
对下列四种状态的挂片材料进行不同温度的冲 击试验，以求韧性随温度的变化曲线，并在转变曲 线上，确定被评定材料冲击功为 *’ 焦耳时所对应 的温度（ 678*’） 。冲击试验按 9: ; 7!!0 < 0’《金属 夏比缺口冲击试验方法》进行。 （"）挂片取出后的状态。主要是为了确定挂片 在反应器中放置了约 5*&&&1 后的回火脆化状态。 （!）经 25&= > !1 脱脆处理后的状态。对它进 行冲击试验是由于缺乏挂片试块原始状态的试验数 据，用它模拟挂片原始状态，从而测定其性能数 据，并与脱脆前的取出状态性能数据相比较，用以 确定挂片在反应器中放置约 5*&&&1 后所产生的回 火脆化量。 （5）经 5&&= > ?1 脱氢处理后的状态。对它进 行冲击试验是为了排除试样中扩散氢的影响，即排 除氢脆对回火脆化的影响，也为了与充氢试样作对 比。 （’）电化学充氢条件下的状态。对它进行冲击 试验是为了确定试样在含氢状态下对脆性转变温度 的影响。 图 ! 为挂片母材四种状态冲击吸收能随温度变
参考文献 #" 热壁加氢反应器技术文集，中国石化总公司规划院设备 处，#(*+ $" 徐颖，王正东，吴东棣 " 电解充氢试验条件对堆焊层剥 离的影响，压力容器，#)（,） ；!&+ - !,# %" /!)# 加氢反应器挂片材料性能试验研究报告 ! 上海市锅 炉压力容器检验所、华东理工大学 ! $))) ! ! 作者简介：沈 伯 康，男， #(!, 年 生，工 程 师。通 信 地 址： 上海金沙江路 (#& 号，邮编：$))),$。
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管壳式换热器失效分析、预防及在线检测
537#* 8 93, $))#
有毒流体的泄漏常引起爆炸、燃烧、窒息、中毒和 灼伤事故，因而要严格控制。预防措施：选择耐蚀 材料；提高焊缝质量；焊缝采用胀焊并用；定期清 洗；流体中加入缓蚀剂控制管内流速；控制系统的 温度波动；减少法兰连接。 ! 管壳式换热器失效在线检测方法
!"# 结垢 换热器操作一段时间后，如果管壁结垢严重， 则传热能力下降，换热介质出口温度达不到设计工 艺参数要求；污垢将管内径变小；流速相应增大； 压力损失增加。这时，可通过定期检查流量、压力 和温度等操作记录来判定结垢情况。 !"$ 腐蚀和磨损 换热介质、污垢、流体速度过大和电化学等作 用都会使换热器壳体和管子内、外表面产生腐蚀磨 损。对壳体通常采用超声波测厚仪或其他非破坏性 测厚仪器，从外部测定和估计会产生腐蚀、减薄的 壳体部位。对管子在破裂前腐蚀和磨损情况检测方 法是：对于非磁性体管子，最有效的腐蚀诊断方法 是采用涡流探伤法，可测定管子壁厚减薄量，也可 测得缺陷深度。 !"% 泄漏 管子中部由于腐蚀、诱导振动等原因发生破 裂，管端由于腐蚀、高温蠕变，疲劳破坏等原因使 管子与管板的连接处泄漏。可通过低温流体出口取 样，分析其颜色、粘度、比重来检查管束的泄漏和 破坏情况。 !"! 振动
对 /!)# 加氢反应器挂片母材进行回火脆化和 氢脆化的转变温度测试，表明该反应器运行 %&)))0 后，仅有轻微的回火脆化现象，相对而言，$"$&12 . #’3 钢对氢脆的敏感性比对回火脆化的敏感性 强。因此，加氢反应器在停工时应采用脱氢工艺和
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由以上分析可见，管壳式换热器的失效与材 料、结构、换热介质及工况等多种因素有关，有时 是几种因素共同作用的结果。因此，在换热器的选 材、设计、制造、装配和使用过程中要综合考虑各 种影响因素，以防患于未然。
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由于热壁加氢反应器的正常操作温度处于 $% & () 钢的回火脆化温度区，因此，其材质的回火 脆化难以避免。并且加氢反应器运行中，氢以原子 状态进入金属内部，若在停工时残留氢引起的脆化 与操作中的回火脆化相叠加，将会危及设备安全使