甲醇一氧化碳轉化管道焊縫裂紋的宏觀(guān)和微觀(guān)分析以及裂紋中腐蝕產(chǎn)物的X射線(xiàn)分析表明，SUS304厚壁不銹鋼管道易產(chǎn)生微裂紋和過(guò)敏等缺陷。在焊接過(guò)程中，焊縫部位是厚壁不銹鋼管應力腐蝕開(kāi)裂的重要內因，而在高溫、高水分、中等氧氣和含有微量氯離子的水氣介質(zhì)中是重要的外源。壓力。不銹鋼管道腐蝕開(kāi)裂溫差引起的熱應力是管件疲勞開(kāi)裂的另一個(gè)重要外部原因。使用鉻鉬低合金鋼管道輸送熱水氣適宜有效，但抗均勻腐蝕能力低，必須在生產(chǎn)過(guò)程中加強監控，確保安全。
江蘇索普（集團）有限公司于2009年10月投資600kt/a醋酸生產(chǎn)裝置，建設煤制CO氣生產(chǎn)工藝和550kt/a甲醇項目，實(shí)現產(chǎn)能和工藝技術(shù)。新的飛躍。但是新設備在啟動(dòng)過(guò)程中出現了很多問(wèn)題，直到次年8月設備才穩定下來(lái)。統計數據顯示，該機組在過(guò)去一年的啟動(dòng)和調試過(guò)程中起停次數近20次，除了供電和供氣問(wèn)題外，另一個(gè)主要問(wèn)題是CO轉化段經(jīng)常從管道彎頭處泄漏，尤其是E15101轉爐在換熱器中，一段長(cháng)達近40m的不銹鋼管（PG-15108）直到R15101經(jīng)常泄漏。 1PG-15108管道概述PG-15108管道為609.6mm24mm SUS304鋼管，彎頭也是有縫彎頭，材料成分分析結果見(jiàn)表1。
除了Cr含量比國家標準略低外，均在正常范圍內。此外，供應要求管材在成型后進(jìn)行固溶處理。被測表面硬度（HB）不超過(guò)187。該管道用于輸送轉化前的工藝氣體，工藝氣體在E15101換熱器中被轉化后的熱氣加熱，然后通過(guò)PG-15108輸送到R15101轉化爐進(jìn)行催化轉化。頻繁泄漏主要發(fā)生在管道中的幾個(gè)彎頭、三通和管道焊縫處。 PG-15108管道中工藝氣體的溫度、壓力和成分如表2所示。由于生產(chǎn)設備等方面的不穩定，管道內工藝氣體溫度起初波動(dòng)較大，最高溫度可能暫時(shí)達到400或500。由于漏水等各種原因，設備斷電又通電，不到六個(gè)月就陸續更換了漏水的彎頭和三通。從更換的管件宏觀(guān)上看，304不銹鋼管的焊縫區域存在問(wèn)題（見(jiàn)圖1）。管道圓周焊縫切割。裂紋如此之大，以至于肘部?jì)缺砻嬷辽俪霈F了一條約60 厘米長(cháng)的裂紋（見(jiàn)圖2）。
2 裂紋的宏觀(guān)和微觀(guān)分析
通過(guò)觀(guān)察從PG-15108管道上拆下的管件的泄漏點(diǎn)，從宏觀(guān)上看，裂紋可分為兩種。第一類(lèi)是沿管件縱向焊縫熱影響區和熔合線(xiàn)附近的裂紋，第二類(lèi)是垂直于焊縫的多個(gè)平行裂紋（軸向分布裂紋）。為此，選取了與上述兩類(lèi)裂紋有關(guān)的若干樣品進(jìn)行冶金磨削，顯微圖像清楚地顯示了三種裂紋。出現裂紋（見(jiàn)圖3）。裂紋是典型的晶界裂紋，看起來(lái)有一部分晶粒即將脫落，是通過(guò)材料的敏化而沿晶體發(fā)展的裂紋。第二種裂紋是在圓周焊縫的單個(gè)分支中出現的軸向分布的裂紋。裂紋區的精細金屬結構表明，沿焊縫熱影響區等軸晶界沉積的離散碳化物顯得部分敏感（見(jiàn)圖4）。同時(shí)，在管接頭內壁均發(fā)現了晶間腐蝕疲勞起始裂紋和晶間腐蝕起始裂紋，證明材料的局部敏化與開(kāi)裂密切相關(guān)。由于可變載荷和腐蝕的作用而產(chǎn)生的平行裂紋典型的腐蝕疲勞裂紋。
第三種裂紋是在圓周焊縫根部產(chǎn)生裂紋并開(kāi)始沿圓周方向開(kāi)裂的裂紋。焊縫左右兩側的顯微截圖如圖5所示。放大右邊的截圖（見(jiàn)圖6），顯然裂紋從內壁焊縫的根部開(kāi)始，在熔合線(xiàn)處發(fā)展到深度。在粗裂紋的兩側（方向紅色箭頭），大量的出現了細小的顆粒。引發(fā)裂紋，有些仍沿晶界開(kāi)始。
3 裂紋腐蝕產(chǎn)物分析
裂紋腐蝕產(chǎn)物的X射線(xiàn)分析表明，腐蝕產(chǎn)物中含有大量的氧、硫和少量的氯（見(jiàn)圖7）。
4 裂紋成因分析
根據文獻[1]，304不銹鋼管的熱膨脹系數約為低碳鋼的1.35倍，在焊接過(guò)程中受熱，使結構容易膨脹，收縮變形和應力大發(fā)生。奧氏體不銹鋼在焊接過(guò)程中對熱裂紋敏感，形成初始微裂紋，同時(shí)304奧氏體不銹鋼的導熱系數約為低碳鋼的1/3，因此焊接部位的熱量不易從焊接部位傳出。部分熱影響區長(cháng)期保持在450~850，碳過(guò)飽和溶解在奧氏體晶粒中并迅速向晶界移動(dòng)，晶粒間出現碳化鉻析出，造成鉻貧化晶界附近形成區（鉻）。移動(dòng)速度慢）。所謂奧氏體不銹鋼的敏感性。如果在缺鉻區域Cr的質(zhì)量分數低于11.7%，則難以鈍化，耐蝕性差，腐蝕介質(zhì)和應力在共同作用下被優(yōu)先腐蝕，導致應力腐蝕開(kāi)裂（SCC）。 ) 發(fā)生在晶界。焊接材料可在1050~1150進(jìn)行固溶熱處理以解決焊縫敏感性問(wèn)題和熱處理以解決焊縫中的殘余應力問(wèn)題，但它們在制造中只能在一些小零件上進(jìn)行加工。在設備安裝現場(chǎng)對管道和管件的焊縫進(jìn)行固溶處理非常困難?？梢赃M(jìn)行輕微的去應力熱處理，但對于SUS304不銹鋼，部分區域的溫度始終在反應溫度范圍內，所以焊縫基本不進(jìn)行去應力熱處理是不言而喻的。為了達到24 毫米厚的管子，由于焊接過(guò)程中的焊道較深，因此必須進(jìn)行多層焊接。焊縫和熱影響區析出晶間碳化物，同時(shí)，在焊縫結晶后期，奧氏體柱狀晶與枝晶之間殘留一些低熔點(diǎn)液態(tài)共晶或化合物，拉應力晶間產(chǎn)生裂紋。焊縫的收縮和變形。由于熱處理設備、管理和技術(shù)水平的差異，即使在生產(chǎn)工廠(chǎng)中，焊接應力作用下的初始微裂紋也可能無(wú)法完全解決。但是，經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)固溶熱處理的接頭焊縫在外觀(guān)上的裂紋明顯少于未經(jīng)熱處理的原位焊縫。它們不能被熱處理。
現場(chǎng)發(fā)現了一個(gè)顯著(zhù)現象：PG-15108與PG-15109管線(xiàn)相鄰，兩者材質(zhì)和生產(chǎn)要求相同，來(lái)自同一家供應商，但PG-15109在使用過(guò)程中沒(méi)有開(kāi)裂和泄漏。 PG-15109管道與PG-15108輸送介質(zhì)配置基本相同，區別在于PG-15109用于輸送轉化后的工藝氣體。由于經(jīng)過(guò)轉化爐的轉化，氣體中的水分減少了80%以上，但溫度比PG-15108轉化前的氣體溫度高出100C以上。因此，載體介質(zhì)中存在水蒸氣、充足的氧氣以及微量的Cl-和H2S是PG-15108管道SCC裂解的重要外部因素。
三、裝置啟動(dòng)及工藝溫度控制不穩定，有時(shí)會(huì )出現短時(shí)間過(guò)熱運行，變化引起的溫差應力是一種疲勞應力，是工藝管彎頭、在這個(gè)區域，焊縫很多，但是焊縫本身就存在嚴重的缺陷，所以腐蝕介質(zhì)的結合作用很快就會(huì )開(kāi)裂而失效。
5 故障排除
由于SUS304奧氏體不銹鋼在焊接時(shí)的高溫開(kāi)裂性能，特別是在厚管的焊接過(guò)程中，以及輸送介質(zhì)中不可避免的水分、氧和氯離子，材料選擇的方法是首要問(wèn)題。應該考慮到，而且這個(gè)問(wèn)題，兄弟廠(chǎng)商也遇到并解決的很好。根據納爾遜曲線(xiàn)，15CrMo鋼可以在350以下的氫氣環(huán)境中使用，當然也有報道說(shuō)它已經(jīng)使用了10年以上[2]，成本是SUS304的一半。因此，甲醇裝置運行10個(gè)月后，將PG-15108不銹鋼管道完全更換為15CrMo低合金鋼管道。更換時(shí)，使用專(zhuān)業(yè)的安裝單位，從焊縫預熱到焊接過(guò)程保護、最終應力消除等熱處理進(jìn)行嚴格的過(guò)程控制，100%X射線(xiàn)檢測合格。當然，15CrMo是一種低合金耐熱鋼，其對H2S和CO2的高溫均勻腐蝕能力是SUS304奧氏體不銹鋼無(wú)法比擬的。加強對H2S 高溫重腐蝕區管道壁厚的監測是未來(lái)設備管理的重要任務(wù)。
6 結束語(yǔ)
(1) SUS304奧氏體不銹鋼，特別是厚壁材料，在切割和焊接時(shí)容易產(chǎn)生微裂紋和晶界碳化物析出，不適合現場(chǎng)消除焊接應力，因此焊縫區殘留面積大焊接后。材料是焊接的，焊接應力是SCC 的重要內部來(lái)源。
(2)工藝介質(zhì)中含有大量的水蒸氣、充足的氧氣、硫化氫和少量的Cl-，是SUS304不銹鋼在300左右產(chǎn)生SCC的重要外源。
(3)生產(chǎn)調試過(guò)程控制不穩定，溫度急劇變化引起的疲勞應力是導致SUS304不銹鋼腐蝕開(kāi)裂的另一個(gè)重要外因。
15CrMo低合金鋼適用于300左右的氫環(huán)境，對含氧和Cl-的水蒸氣的應力腐蝕不敏感。但是，由于含H2S的熱氣的侵蝕有較大的均勻腐蝕傾向，因此在生產(chǎn)和應用中需要加強監測和定期檢查。