油气分离器失效分析

环 焊缝 下部 位置 出现 ２条 横 向裂 纹 ， 成 油 气 渗 造
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第 ３ 卷第 ６ ２ 期
李 武 荣 ．油 气 分 离 器 失 效 分 析
・ １・ ２
２ ４ 常规 力学性 能测 试 ．
浓度 较低 ， 硫 化氢 损 伤 的发展 非 常 缓慢 。历 次 湿 全 面 检 验 情 况 表 明 ， １８ 从 ９ ４年 投 入 使 用 后 至
Ｈ ｓ含量 为 １ ４ ～ ２ ２ （ 积 分 数 ） 其 中 ．１ ．４ 体 ，
２０ ０ ７年 １ ０月 ２ ５日数 据 显 示 Ｈ Ｓ含 量 高 达 １ ． １ Ｏ （ 积 分 数 ） ２ ０ ２ 体 ， ０ ８年 １ ２月 分 析 数 据 显 示 ， Ｒ１ ４ 介 质 中富气 的硫含 量高 达 ９０ ０ ０ ； ３１ ０ Ｘ １ ～ 凝 缩 油 中总硫 （ Ｈ Ｓ为 主） 量为 ０ １ （ 量分 以 含 ．８ 质
漏 （ 图 １ 示 ） 采用 铁 胶 泥铆 固方 案进 行 了临 如 所 ， 时处 理 。之 后一 个多 月时 间 内相继 发现该 容器 环 焊缝 又 出现 ６ 横 向裂纹 。８条 裂纹 均 垂直 于 环 处
焊缝 ， 中 Ｈ。 焊缝 ２条 ， 环焊 缝 ６条 ， 纹 其 环 Ｈ 裂 主要 位于 焊道 上 ， 壁裂 纹 长度 为 ２ ～ ４ 外 Ｏ ０ ｍｍ。 ２ ０ 年 ２月 中旬 ， ３ １ 运 。 图 ２是 油气 分 离 ０９ Ｒ１ ４ 停 器焊 缝布置 及缺 陷位 置示意 图 。
原 因。
４ 建议
为进 一 步分析 断 口表 面 腐蚀 结 垢 产 物 成 分 ， 分别 对断 口裂 纹 源 区 、 扩展 区及 靠 近 外壁 部 位 进
行 了 Ｅ Ｓ微 区化学成 分分 析 ， 果显示 ， Ｄ 结 整个 断 口
上 ｓ元 素含量为 ３ １ ～１ ． １ （ ．９ Ｏ ３ 质量分数 ） 。
母 材 的冶金 缺 陷 （ 特别 是 Ｍｎ Ｓ的 夹杂 物 ） 聚 集 处
图 ７为 Ｒ１ ４ ３ １样 品 ２号 裂 纹 断 口宏 观 形 貌
照 片 。 由图 ７可 见 ， 口上有 黄 褐 色 和黑 色 的腐 断 蚀 结垢 物 ， 见 明显 的塑性变 形 ， 口可分 为裂纹 未 断 源 和裂纹 扩展 两个 区 ， 见 明显 的瞬断 区 ， ７ 未 图 左
结 合成 氢分 子后 导致 氢致开 裂 （ Ｃ 的发生 。 ＨＩ ） 氢 致开 裂 （ Ｃ） ＨＩ 与介 质 中 Ｈ。 ｓ浓 度 和 钢 的 纯净 度 （ Ｓ Ｐ等 杂质 元 素含 量 ） 即 、 有关 ， Ｈ Ｓ浓 度 越 高 、 的纯 净 度 越 差 ， 越 容 易 发 生 ＨＩ 钢 则 Ｃ。化 学 成分 分析 结果 表 明 ， 体 钢板 和 焊缝 金 属 中均 简 具有较 高 的 Ｓ Ｐ含 量 ， 谱 分析 结果 也 证 实 了裂 、 能
ＨＩ Ｃ是不可 避 免 的 。发 生在 母 材 的 ＨＩ Ｃ形 成 了
典 型 的沿轧 制方 向扩展 的平 行于钢板 表 面的 台阶
状 裂纹 ， 焊缝 中的 ＨＩ 而 Ｃ则在应 力 诱导 下不 断沿 壁 厚方 向发 生连通 ， 最终 暴露 于钢板 的 内外 表 面 ，
图 ７ Ｒ１ ４ ３ １ ２号 裂 纹 断 口 宏 观 形 貌 照 片
开裂 泄漏 。
母 材和焊 缝 冲 击 功 分 别 为 ４ １Ｊ和 ３ 。母 材 部 ３Ｊ
位 硬度 为 １ ０ １ ０ ３ ～ ７ ＨＢ， 焊缝 金 属 和热 影 响 区 而 的硬 度 为 １ ２ ０ ＨＢ。除母 材 屈 服 强度 略低 于 ９ ～２ ０
标 准规定 的 ３ ５ＭＰ 外 ， 余指 标 均符 合 标 准规 ２ ａ 其
收稿 日期 ： ０ ０ １ — ０ ２ １—０１ 。
发 现开 裂类 缺 陷 ， 点蚀 坑和 咬边 缺陷无 明显 扩展 ， 壁 厚测 定未 发现 明显 减薄 ， 安全 等级仍 定 为 ３级 。
１ 容器 失效情 况 ２０ ０ ８年 １ ２月 ， ３ １在 运行 中发 现 筒体 Ｈ。 Ｒ１ ４
． ．
图 １ 油 气 分 离 器 Ｒ１ ４ 环 焊 缝 裂 纹 ３１
Ｈｌ Ｈ２ Ｈ３ Ｈ４ Ｈ５ Ｈ６ Ｈ７
一
Ｈ８
Ｚ ５
｛
Ｚ． ［
Ｚ
Ｚ Ｏ
数 ） Ｈ： ， Ｓ含量 达 １０ ０ ０ 以上 。 ０ ×１
Ｚ１
Ｚ ２
，一、
２０ ０ ５年 ５月装 置大修 时 ， Ｒ ３ １ 行 了全 对 １４ 进
作者 简 介 ： 武 荣 ， ， ９ ７年 毕 业 于 成 都 科 技 大 学 机 械 设 李 女 １８
计 与制 造 专 业 ， 在 中 国 石 油化 工 股 份 有 限 公 司 洛 阳分 公 司 现 机 动 处从 事 设 备 管 理 工 作 ， 级 工程 师 。 高
Ｅ ｉ：ｎ ｉ ６ ８ ６ ． ｏ ｍａ ａ ｎ０ １ ＠１ ３ ｃ ｍ ｌ
３ 失 效 原 因 分 析
Ｐ等杂质 含量 不 超 标 ； 同时 对设 备进 行 整 体 热 处 理， 降低焊 缝硬度 ； （ ）对设 备 进 行 内防 腐处 理 ， 高设 备 的耐 ３ 提
腐蚀 性能 ；
Ｒ１ ４ ３ １的工 艺 介 质 为 富气 、 缩 油 和 含硫 污 凝 水 等 ， 于湿 硫化 氢环 境 。 由于该 石 化公 司 ２ ０ 属 ０５ 年 以前一 直炼 制 低硫 原 油 ， 质 中所 含 的硫 化 氢 介
定， 焊缝 硬度 值偏 高 ， 均接近 标准 规定 值上 限 。
２ ５ 断 口形 貌 观 察 ．
近年来 该石 化公 司加工 的高 含硫原 油数量 不
断增 加 ， 致 Ｒ ３ １工艺介 质 中 Ｈ。 导 １４ ｓ浓度不 断上 升， 随着介 质 中 Ｈ。 Ｓ浓 度 的升 高 ， 解 产 生 的 氢 水 离子数 量大 幅度 增 加 ， 离 子 吸 附到 钢板 表 面 形 氢 成氢 原子并 向钢 中扩 散 ， 后 优先 在 焊缝 金 属 和 然
摘 要 ： 过 对 油 气分 离 器失 效 部 位 进 行 宏 观 检 查 、 学成 分 分 析 、 相 分 析 、 学 性 能 测 试 、 口 形 貌 通 化 金 力 断 观 察 及 能谱 分 析 ， 为 工 艺介 质 中硫 化 氢浓 度 的上 升 和 材 料 纯 净 度 不 高是 导 致 设 备 失 效 的根 本 原 因 ， 认 并提 出
别 为 １ ７ＭＰ ． ａ和 １ ２ＭＰ ， 计 温度 和 工作 温度 ． ａ 设 分别为 ５ Ｏ℃ 和 ４ ℃， 质 为 油 气 （ 气 、 缩 ０ 介 富 凝
油 、 硫 污 水 ） 含 。
２０ ０ ５年 以前 ， 石 化 公 司 主 要 加 工 低 硫 原 该 油 。２ ０ ０ ６年起 ， 加工 原 油硫 含 量不 断 升 高 。２ ０ ０６ 年 ８月 至 ２ ０ ０ ８年 ３月 Ｒ１ ４ ３ １油气 分析 数据 显示 ，
经 打磨 后 消除 ， 器 的安 全 等 级 定 为 ３级 。２ ０ 容 ０８ 年 ５月 装 置 检 修 时 ， 同 一 检 验 单 位 再 次 对 由 Ｒ１ ４ 进 行 了全面检 验 ， 接 焊 缝 ＭＴ 和 ＵＴ未 ３１ 对
２ 试 验 、 测 与 分 析 检
在油气 分离 器开 裂环焊 缝 Ｈ 上 选 有二 条 裂 纹（ 间距 ４ ０ｍｍ） ５ 的部 分 ， ７ ０ｍｍ×４ ０ ｍｍ 切 ０ ０
了相 应 的 建 议 。 关 键 词 ： 气分 离 器 失效 分 析 氢致 开裂 油
某 石 化 公 司 催 化 装 置油 气 分 离 器 Ｒ ３ １为 １４ 二 类 卧式压 力容 器 ， ９ ４年 １ １７ ２月 由兰 石 所设 计 ， １７ ９ ７年 １月 由兰 州石油 机 械厂 制 造 ， 石油 部 一公 司安 装 ， ９ ４年 １ １８ ０月投 入 运行 ， 失 效 时 已使用 至 ２ ５年 。容 器规 格 为 ： ０ ３６ ０ ｍｍ ×ｌ ５ １９ ６ ｍｍ × ２ ８ｍｍ， 材质 为 １ Ｍｎ 设计 压 力 和 工 作 压力 分 ６ Ｒ，
２ ０ 年 间油 气分 离器 的安 全 状况 一 直正 常 ， ０ ５ ０５ ２ ０
分别 对 油气分 离 器 母 材 、 接 接 头 取试 样 进 焊 行 室温 拉伸 、 冲击 和 硬 度 测试 。母 材 的屈 服 强 度 和抗 拉强度分别 为 ３ ５ＭＰ １ ａ和 ５ ０ＭＰ ， ５ ａ焊缝 的屈
服强度 和 抗 拉 强 度分 别 为 ３ ５ＭＰ ９ ａ和 ５ ０ＭＰ 。 ７ ａ
年全 面检 验 时内壁仅 发现 一处表 面裂 纹并进行 了 打磨 处理 ，０ ８年 ５月全 面 检验 时 设备 内壁 仍 未 ２０ 出现 严重 的表 面开裂 现象 。但仅 过 了大约半年 的
时 间后 ， ２ ０ 到 ０ ８年 １ ２月 就相 继 出现 了 ８处 焊 缝
纹 缝 隙 中确 实有 Ｍｎ Ｓ夹杂 物 的存 在 。 由此可 见 ，
上 角为人 为 打 开 的韧 窝 区。该 裂 纹 系 多裂 纹 源 ， 裂 纹起 源于 内壁 ， 向外 壁扩 展 ， 并 最终 形成穿 透性
裂纹。
在 湿硫 化氢 环境 中 ， 设 备简 体 钢 板 和焊 缝 发 生 该
面 检验 。宏 观检查 发 现容器 内部存 在轻 微点 蚀坑 和 焊缝 咬边 等 缺 陷 ， 厚 测 定 正 常 。对 接 焊 缝 壁
１ ０ ＭＴ， 现 一 处 ２ ０ 发 ０ｍｍ 长 的 纵 向 表 面 裂 纹 ，
Ｚ ３
｝
一 ，
焊缝 开 裂 部位
图 ２ 油气 分 离器 Ｒ ３ １焊 缝 位 置及 缺 陷位 置 示 意 １４
（ ）裂 纹 部 位 ２
为保 证 Ｒ１ ４ ３ １安全 运 行 ， 避免 此类 失 效 事故
再 次发 生 ， 出以下建议 ： 提
对金 相 样 品 裂纹 部 位 进 行 了微 区 Ｅ Ｓ能 谱 Ｄ 分析 ， 结果 显示 金相 样 品横截 面无论 是焊 缝 ， 是 还
母材 部位 ， Ｓ元 素 含 量 高达 １ ２ ～２ ． １ （ ．６ ０ ４ 质
（ ）重视 工艺 防腐 工作 ， 强工 艺注 水 、 ４ 加 注剂 的管 理 ， 源头 上控 制腐蚀 的产 生 。 从
（ ）建 议选 用耐硫 化 氢腐蚀 的材料 ， Ｑ３ ５ １ 如 ４
（ Ｃ等； ＨＩ ）
（ ）选用合 理 的制 造 工 艺 ， 制 焊缝 金 属 Ｓ ２ 控 、
量分 数） Ｍｎ元素含 量 为 １ １ ～３ ． ９ （ 量 ， ． ９／ ４ ９ 质 ９ ６
分数 ） 裂 纹部 位有 Ｍｎ ， Ｓ的夹 杂物 存在 。
静 设 备
Ｐ ｏ—工 备 术ｉ０ｎ３６ ｏｌ ｇ 石ｒ化 ｅｍｉａｌＥｑｕ２１２）ｉｙ 油 Ｃｈ设ｃ技 ，１ｔＴｅｃ ｎ ９ ，（ ・ ・ ｅ ｔ ｐ ｍｅ ｈ ｏ
油气 分 离器 失 效 分 析
李武荥
（ 国石 油 化 Ｘ 股 份 有 限 公 司 洛 阳 分 公 司 ， 南 洛 阳 ４ １ １ ） 中 － 河 ７ ０ ２
并 引 起 焊 缝 开 裂 泄 漏 ， 发 生 了 应 力 导 向 氢 致 即 开裂。
２ ６ Ｅ Ｓ能 谱 分 析 ． Ｄ
（ ）断 口部位 １
综 合上 述分 析 ， 艺介 质 中硫化 氢 浓 度 的上 工 升 和 材 料 纯 净 度 不高 是 导 致 Ｒ ３ １失 效 的 根本 １４