中石化曾做過統(tǒng)計，靜設(shè)備故障主要是腐蝕穿孔或焊縫開裂、砂眼等。靜設(shè)備故障中，腐蝕原因占比近1/3，其次是檢維修、安裝質(zhì)量、制造質(zhì)量，靜設(shè)備故障原因如圖1所示。

圖1 靜設(shè)備故障原因

奧氏體不銹鋼的連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂是加氫裂化裝置停工檢修期間經(jīng)常遇到的一種腐蝕失效類型。本文將結(jié)合GB/T 30579-2022《承壓設(shè)備損傷模式識別》來介紹連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的損傷描述及損傷機理、損傷形態(tài)、受影響的材料、主要影響因素，以及探討加氫裂化裝置應(yīng)對連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的可行防護措施。

一、損傷描述及損傷機理

停工期間（或開車階段）設(shè)備表面的硫化物腐蝕產(chǎn)物與空氣和水反應(yīng)生成連多硫酸（H2SxO6，x=3~6），造成敏化的300系列不銹鋼產(chǎn)生開裂（易發(fā)生在高應(yīng)力區(qū)域或焊接接頭熱影響區(qū)），裂紋一般為沿晶擴展。

這種開裂與300系列不銹鋼在經(jīng)歷高溫階段時碳化鉻在晶界析出，晶界附近的鉻濃度減少，形成局部貧鉻區(qū)有關(guān)。

二、損傷形態(tài)

易發(fā)生在300系列不銹鋼的敏化區(qū)域，多為沿晶型開裂，開裂可能在短短幾分鐘或幾小時內(nèi)沿厚度方向迅速擴展，并穿透管道和部件。

圖2 連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂微觀形貌 200×

三、受影響的材料

300系列不銹鋼、因科耐爾合金600或600H、因科鎳合金800或800H。

四、主要影響因素

連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的主要影響因素為：

（1）當(dāng)環(huán)境、材料和應(yīng)力的共同作用滿足條件時，就可能發(fā)生開裂：

a. 環(huán)境：金屬部件在硫化物環(huán)境中表面形成硫化物，硫化物與空氣和水反應(yīng)生成連多硫酸；

b. 材料：材料處于敏化狀態(tài)或為敏感性材料；

c. 應(yīng)力：存在殘余應(yīng)力或載荷引起的外加應(yīng)力，大多數(shù)部件的殘余應(yīng)力通常就足以促成開裂。

通常認(rèn)為連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生需同時具備3個條件，即奧氏體不銹鋼的敏化、連多硫酸的形成和應(yīng)力存在。

（2）敏化：受影響的金屬在制造、焊接或高溫使用環(huán)境中會發(fā)生敏化，在金屬晶界上形成碳化鉻。敏化程度取決于材料成分、受熱歷史等因素。一般敏化會在400~815 ℃的溫度范圍內(nèi)發(fā)生。

（3）碳含量：304或304H、316或316H等常規(guī)碳含量的不銹鋼，焊接接頭熱影響區(qū)對敏化尤其敏感。L級低碳牌號（碳含量小于0.03%）的不銹鋼則不太敏感，通常進行焊接也不會受到敏化影響。只要長期工作溫度不超過400 ℃，L級牌號的300系列不銹鋼就不會敏化。

有試驗研究表明：連多硫酸腐蝕環(huán)境下不同類型奧氏體不銹鋼的開裂敏感性由大到小依次為：304＞304L＞316＞321＞316L。

五、易發(fā)生的裝置或設(shè)備

易發(fā)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的裝置或設(shè)備為：

（1）含硫環(huán)境中使用敏化合金的所有裝置，損傷多見于熱交換器管束、加熱爐爐管和管道；

（2）燃料為燃油、燃氣、焦炭和大多數(shù)其他燃料的加熱爐和高溫設(shè)備，因燃料中硫含量可能受到不同程度的影響；

（3）流化床催化裂化裝置的冷卻環(huán)、風(fēng)室、滑閥、旋分器部件、波紋管膨脹節(jié)和管道；

（4）加氫裝置的加熱爐爐管、進料/出料熱交換器管束、波紋管膨脹節(jié)；

（5）常減壓裝置和焦化裝置的管道。

六、主要預(yù)防措施

連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的主要預(yù)防措施包括：

（1）停工過程中或停工后立即用堿液或蘇打粉溶液沖洗設(shè)備，以中和連多硫酸，或在停工期間用干燥的氮氣，或者氨氣和氨混合氣進行保護，以防止接觸空氣；

（2）加熱爐保持燃燒室溫度始終在露點溫度以上，防止在加熱爐管表面形成連多硫酸；

（3）選用不易敏化的材質(zhì)，如穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼、低碳奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼或鎳基合金。

選材方面的主要措施為連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂環(huán)境下，應(yīng)選用低碳含量或加入Ti、Nb等穩(wěn)定元素的奧氏體不銹鋼，以抑制不銹鋼晶間貧鉻的發(fā)生。

此外，有研究指出，奧氏體不銹鋼中的鐵素體含量以10％為界，超過10％就不會再發(fā)生晶間腐蝕開裂。

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