d210塔筒體泄露原因分析

1、D210塔筒體泄漏原因分析錢(qián)耀洲，游菊（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海200062）摘要：采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)和斷口分析等方法，對(duì)304L鋼D210塔筒體泄漏原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：D210塔筒體泄漏原因是由于氯離子的存在而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂所致。由于敏感材料、應(yīng)力腐蝕環(huán)境及應(yīng)力三個(gè)條件共同存在，在一定溫度下使其產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，裂紋起始于筒體外壁角焊縫處，而后向內(nèi)壁擴(kuò)展，最終穿透筒壁，致使該塔筒體在角焊縫處產(chǎn)生破裂泄漏。

2、關(guān)鍵詞：筒體；應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂；氯離子；泄漏某化工企業(yè)的D210塔于1999年12月底經(jīng)驗(yàn)收合格投入使用，運(yùn)行至2009年2月中旬發(fā)現(xiàn)在塔體第三層平臺(tái)的保溫支承圈上部出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。停運(yùn)后拆卸外部保溫材料經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，泄漏部位在塔體內(nèi)側(cè)塔圈支承圈的下部的筋板與筒體連接的角焊縫處；外側(cè)處在保溫支承圈的上部，梯子聯(lián)結(jié)板與筒體聯(lián)結(jié)的角焊縫處（圖1）。針對(duì)上述情況，使用單位召集相關(guān)單位共同商討該塔的修理事宜。作為該設(shè)備修理的監(jiān)檢人員，筆者提議在進(jìn)行修理

3、前應(yīng)查明該設(shè)備的泄漏原因，以便制定合理的返修方案。該塔材質(zhì)為304L鋼，規(guī)格為φ4180mm8（10，12）mm18700mm，容積為220m3工作介質(zhì)為某種溶液與空氣的混合體，工作壓力為0.3MPa，工作溫度為90℃。具體的理化檢驗(yàn)與分析過(guò)程介紹如下。1理化檢驗(yàn)1.1化學(xué)成分分析在泄漏處附近的筒體上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，其結(jié)果見(jiàn)表1，可見(jiàn)該泄漏筒體材質(zhì)的化學(xué)成分符合ASMEⅡASA240標(biāo)準(zhǔn)對(duì)304L鋼的技術(shù)要求。1.2金相檢驗(yàn)在筒體

4、泄漏處截取橫向試樣，經(jīng)鑲嵌、磨制、拋光及王水侵蝕后，在光學(xué)顯微鏡下觀察到呈樹(shù)枝狀分布的裂紋，裂紋均起始于筒體外壁焊縫處，并向內(nèi)部呈穿晶狀擴(kuò)展，見(jiàn)圖2和3.筒體顯微組織主要為奧氏體及δ鐵素體，見(jiàn)圖4.2分析與討論由金相檢驗(yàn)觀察到的呈樹(shù)枝狀分布的穿晶裂紋為典型的應(yīng)力腐蝕裂紋；由斷口分析觀察到得腐蝕斷口上的龜裂泥狀花樣、扇形及解理花樣以及二次裂紋，均為應(yīng)力腐蝕斷口的典型特征。另外還可看出腐蝕斷口與人工撕開(kāi)斷口的典型特征。另外還可看出腐蝕斷口與

5、人工撕開(kāi)斷口在掃描電鏡中的形貌截然不同，腐蝕斷口為穿晶脆性斷口，其上有腐蝕產(chǎn)物；而人工撕開(kāi)斷口為韌性斷口。X射線(xiàn)能譜分析腐蝕斷口上氯元素含量達(dá)2.38%，表明應(yīng)力腐蝕是由氯離子引起的；而在人工撕開(kāi)斷口上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氯元素。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是在一定溫度下受腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下所導(dǎo)致的腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象，它與單純由應(yīng)力造成的破壞不同，而是在較低的應(yīng)力水平就可產(chǎn)生破壞；它與單純由腐蝕引起的破壞也不同，在腐蝕性較弱的介質(zhì)中就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，所以應(yīng)力腐蝕

6、所產(chǎn)生的裂紋及斷口形貌都有其一定的特征。但應(yīng)力腐蝕只有在某種金屬與介質(zhì)的一定組合情況下才能發(fā)生，不同的金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)不同，也就是說(shuō)產(chǎn)生應(yīng)力的腐蝕的一個(gè)主要條件是特定的腐蝕介質(zhì)，而鎳鉻奧氏體不銹鋼在含氯離子介質(zhì)中對(duì)應(yīng)力腐蝕比較敏感，該塔體采用了304L不銹鋼，故具備了產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料因素。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕事故中，含氯離子介質(zhì)所引起的應(yīng)力腐蝕占大多數(shù)，對(duì)于奧氏體不銹鋼而言，當(dāng)壁溫高于30℃，在含一定濃度氯離子

7、的環(huán)境中就可以產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕；當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，僅需每升幾毫克的氯離子濃度便可引起應(yīng)力腐蝕；在50℃以上含氯離子水溶液中則特別容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，也就是氯離子濃度越大，溫度越高，應(yīng)力腐蝕就越容易產(chǎn)生。該塔工作溫度為90℃，正是容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的溫度。而能譜分析結(jié)果表明了腐蝕斷口上有氯離子存在，從而也說(shuō)明了該塔的筒體應(yīng)力腐蝕是由氯離子引起的，根據(jù)筒體裂紋起始于外壁焊縫處，因此可斷定引起腐蝕作用的氯離子必定來(lái)自于外壁的保溫層。在正常情況下保溫

8、層應(yīng)該是干燥的，但該塔置于露天，經(jīng)常淋到雨水，該塔外側(cè)局部有保濕層，保溫材料為巖棉，大量雨水滯留在支承環(huán)的保溫材料內(nèi)，導(dǎo)致在支承圈處的保溫層受潮；另外由于周邊有大量化工企業(yè)，雨水中含有偏多的氯離子，使用單位提供的消防水池中的水質(zhì)分析報(bào)告顯示氯離子含量達(dá)70～80mgL，從而使氯離子在設(shè)備支承圈處集聚。在設(shè)備被加熱的過(guò)程中使得集聚在保溫層中的氯離子濃度不斷升高，致使該塔筒體具備了產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的腐蝕環(huán)境。該塔筒體泄漏部位處于角焊縫處，焊后常

9、有較大的殘余應(yīng)力，在運(yùn)行過(guò)程中也有一定的工作應(yīng)力，因此兩種應(yīng)力疊加，使其具備了應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力條件。由此可以判定該塔筒體發(fā)生泄漏是由于產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂所致。3結(jié)論及建議（1）該塔筒體所出現(xiàn)的裂紋性質(zhì)為典型的應(yīng)力腐蝕裂紋。由于敏感的材料、應(yīng)力腐蝕環(huán)境及應(yīng)力三個(gè)條件共同存在，在一定的溫度下最終使其產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，裂紋起始于筒體外壁角焊縫處，爾后向內(nèi)壁擴(kuò)展，直至穿透筒壁，最終導(dǎo)致該塔筒體產(chǎn)生破裂泄漏現(xiàn)象。（2）建議改變保溫層的結(jié)構(gòu)或采用其他