乙烯裂解炉翅片管腐蚀失效原因.doc

乙烯裂解炉翅片管腐蚀失效原因 张树萍 田亚团 王杜娟 张学争 (中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津300271)摘要：某公司烯烃裂解炉进行投料开车时，发现裂解炉预热段有泄漏现象。通过排查，发现最后一排第一根翅片管有两处穿孔。对翅片管腐蚀穿孔的原因进行了分析，指出原料油中的硫是造成翅片管均匀腐蚀的主要原因。由于对流段炉管为水平安装，在裂解炉停工蒸汽吹扫过程中，残留的蒸汽冷凝成水汇集在炉管下部或凹陷处，进入炉内空气中的氧溶解在其中，从而形成了氧的腐蚀环境，使炉管因腐蚀形成的FeS保护膜遭到破坏，最终导致炉管下部穿孔。关键词：裂解炉翅片管腐蚀穿孔措施 2007年3月6日某公司乙烯装置检修后开车，在投料时发现5号裂解炉预热段有泄漏现象，然后停炉检查。从上到下进行打压排查，最终发现最后l排（即第10排）从北排列的第一根翅片管存在两处穿孔，且穿孔位于翅片管的底部，随即停炉抽出，委托中国石油化工股份有限公司天津分公司机械研究所进行检验。1 5号裂解炉预热段结构概况 乙烯装置5号裂解炉共有10层翅片管，分上下两部分，上部分有8层，下部分有2层。裂解炉预热段翅片管为东西方向水平安装，规格为73mm5.16mm，材质为A106-Gr.B，运行时内部介质为石脑油，温度220左右，压力约为3 MPa，外部介质为炉内烟气。裂解原料从炉外进炉后分两路进入原料预热管段进行预热，即第10层汇人4根管后再汇集进入2根管，最后汇集进入l根管出炉。乙烯装置5号裂解炉每2个月定期进行一次清焦处理，在清焦前先对管线用5.4 kg压力、200的过热蒸汽进行吹扫处理，然后用阀门将预热段与辐射段隔开，单独对辐射段进行烧焦处理。 停工时也做上述处理后开展检修。2006年6月14日也曾发生过预热段翅片管腐蚀穿孔现象，穿孔同样位于第10层翅片管。原料预热段共10层，此次抽取的翅片管为第10层从北排列的第1根翅片管。2检验与分析2.1宏观检验为了便于观察，抽取之前标记上下方向，抽取之后按照标记切割成上、中、下三段管，观察抽取的翅片管，发现外部翅片呈黄褐色并有穿孔（见图1)；翅片管横截面局部减薄严重（见图2）；把翅片管解剖，观察内部，发现炉管内部管壁上覆盖着层状、较坚硬的黑色灰垢，其间有两处穿孔，孔洞尺寸约为5咖10 mm，孔洞周围减薄、结垢都比较严重（见图3、图4），除去垢物，局部减薄处呈凹坑状。 图1 剖开截取段宏观照片 图2 翅片管横截面照片图3 剖开后A穿孔部位宏观照片图4 剖开后B穿孔部位宏观照片2.2 测厚数据 使用游标卡尺，选择性地对翅片管进行测厚，结果发现翅片管下部减薄严重，其中下17为A处穿孔部位，附近厚度为3.0mm；翅片管下34为B处穿孔部位，附近厚度为3.6 mm;下3N10厚度为3.5mm。其它测量结果见表1。表1 测厚数据表测点厚度值/mm 测点厚度值/mm上ll 5.3下18 4.4上13 5.1下224.4 上l54.5下23 2.5上2105.5下26 4.4上394.9下27 4.3 下ll 6.3下284.0下134.5下29 3.7下16 4.0下34B穿孔部位附近3.6 下l7A穿孔部位附近3.O下3 103.5 2.3 化学成分分析 对炉管进行成分分析，化学成分分析结果符合ASMESA106B高温用碳钢无缝钢管的标准要求，分析结果见表2。表2 化学成分分析结果 w，%样品名称CSMnSiP翅片管标准值0.30O.0350.29-1.060.10O.035实测值 0.19 0.0160.780.200.0132.4 金相分析对炉管的上下两个部位的横截面取样进行金相检验，检验结果见图5、图6。图5 炉管上部横截面金相组织200图6 炉管下部横截面金相组织200 观察金相组织为珠光体和铁素体，其中珠光体呈片状形态，腐蚀穿孔后没有发现珠光体球化现象，珠光体和铁素体呈带状组织。2.5 腐蚀产物分析取A处穿孔部位和其穿孔部位附近的腐蚀产物进行X射线衍射分析，从能谱图的检测结果发现，腐蚀产物中C，S和Fe的含量比较高，见表3，4。 表3 穿孔附近腐蚀产物能谱分析 %元素w，%X，%c66.7484.4306.846.50s9.35 4.43Fe17.004.63C00.060.01总量100.00100.00 表4 穿孔部位腐蚀产物能谱分析元素w，%X，%c68.5084.4508.577.93s7.823.61Fe15.104.00总量100.00100.003 失效原因分析 从翅片管进行的宏观检验发现，翅片管的下部腐蚀呈局部腐蚀，通过测厚也说明减薄不均匀，某些部位局部腐蚀严重已经穿孔；炉管的化学成分分析结果符合ASME SA-106B高温用碳钢无缝钢管的标准要求；金相检验结果表明，炉管材体的组织均为铁素体加珠光体为带状组织；腐蚀产物检测表明，腐蚀产物中的C,S和Fe元素含量较高。 由于裂解炉在停工检修前要进行蒸汽吹扫，吹扫后的蒸汽不能完全排净，也没有采取保护措施，在长期停炉期间炉管内的蒸汽就会冷凝成水，再加上空气进入炉管内，其中的氧溶解到冷凝水中，这样就形成了溶解氧的腐蚀条件。由于炉管是水平安装，这样就会造成冷凝水在炉管下部汇集。又因为翅片管在长期运行中，原料中的S和Fe反应形成硫化亚铁保护膜均匀地附着在管壁上，当遇到冷凝水后就会形成微酸的腐蚀环境，破坏了Fe S保护膜，造成炉管下部大面积腐蚀。某些部位还会由于炉管本身内部微小凹陷积聚凝结露水，加上长期硫化物的不断溶解聚集，造成腐蚀不均，在炉管截面底部均匀腐蚀的基础上造成局部严重腐蚀以至于穿孔。4 结论 在长期运行中，原料油中的硫是造成均匀腐蚀的主要原因；由于对流段炉管水平安装，加上停车检修时空气中的氧和吹扫蒸汽凝结的冷凝水的作用，造成对流段炉管下部加速腐蚀，在个别腐蚀液质量浓度大的地方局部腐蚀严重而穿孔。5 建议 (1)停车检修时，吹扫后的预热段管线采取氮气保护措施，防止空气窜入。 (2)该炉管发生了两次局部腐蚀穿孔的案例表明了炉管的使用寿命已到年限，建议在大修时更换翅片管。(3)在用的翅片管要注意进行泄漏检查。参考文献l 赵延灵.BA-111乙烯裂解炉进料热段出口腐蚀原因分析J压力容器,2002，19(8)：44 - 47 Analysis of Corrosion Failure of Finned Tubes in Ethylene Cracking Furnace Zhang Shuping, Tian, Yatuan., Wan,g Dujuan., Zhan,g Xuezheng Mechanical Research Institute of SINOPEC Tianjin, Compan,y ( Tianjin, 300271)Abstract: The leaking occurred in the preheating section of ethylene cracking fumace during the start - up of an ethylene cracker. The close examination found two failures in the first finned tube of the last row. The analysis of the failure causes of finned tubes has found that the sulfur in feedstock was the culprit of uniform corrosion of finned tubes. As the tubes in convection section was in horizontal installation,residue steam condensate in steam purging operation accumulated in the lower pocket. With the oxygen in the air dissolved in the condensate, an oxygen - corrosion environm