加氫裂化空冷器管板焊縫氫致裂紋分析

　　加氫裂化空冷器在石油、化工、冶金等行業中有著廣泛應用，而加氫裂化空冷器由于管箱泄漏而導致非計劃停機，造成巨大的環境污染和經濟損失的不在少數。其中管板管角焊縫開裂是管箱泄漏的主要原因之一。

1.設備工況

　　某石化公司新購置的用于加氫裂化處理的絲堵式空冷器，管箱材質為Q345R（HIC），換熱管材質為10#鋼，氬弧焊絲牌號為H09Mn2HG，其工作介質為循環氫（H2）、硫化氫（H2S）、氨（NH3），屬于嚴重腐蝕工況。在試運行階段，空冷器出現了多處管板焊縫泄漏的情況。

2.焊縫開裂原因分析

　　按NB/T 47013—2015對管板焊縫開裂部位進行著色檢測后發現，管板焊縫出現多處裂紋。針對這一情況，從現場管板焊縫泄漏處取樣，通過宏觀形貌、化學成分、金相組織等對管板焊縫開裂的原因進行分析研究。

　?。?）宏觀形貌分析制取金相試樣。試樣垂直于裂紋，從焊縫的中間位置剖開，該試樣命名為裂紋樣。所取的裂紋樣上共發現兩條裂紋，裂紋1尖端尖銳，裂紋2尖端表現的比較圓鈍。裂紋擴展路徑均呈明顯的階梯狀，具有氫致裂紋的特征。

　?。?）化學元素檢測 H元素檢測：對裂紋樣上三個不同部位進行H元素的含量測定，測定結果分別為8.5ppm、23ppm、20.7ppm（1ppm=1×10-4%）。相關資料顯示，鋼液脫氫前H元素含量在4~6ppm，精煉脫氫后H元素的含量可降低至2ppm以下。而管板焊縫中，H元素的含量遠高于鋼中H元素含量的正常水平。由此可見，管板焊縫中滲入了較多的氫，使其內部壓力增加，產生較大內應力，同時使鋼變脆，導致焊縫裂紋產生。且焊縫處裂紋宏觀形呈明顯的階梯狀，所以裂紋應為氫致裂紋。

　?。?）金相組織分析 將裂紋樣拋光后分別用4%硝酸酒精溶液浸蝕。裂紋樣焊縫金相組織，裂紋樣熱影響區金相組織，兩個部位的金相組織都存在較多的馬氏體組織，且馬氏體的位向比較明顯。對兩個部位的馬氏體區域進行顯微維氏硬度檢測，硬度分別為405HV0.3，414HV0.3。

　　管板焊縫含有較多的馬氏體組織，相比于正常焊態下的鐵素體+粒狀貝氏體組織，其裂紋擴展門檻值顯著降低，裂紋擴展速度顯著提高。微裂紋產生后，會迅速發展為宏觀裂紋，大大降低了空冷器的使用壽命，導致在試運行階段，管板焊縫出現多處氫致裂紋開裂的情況。

3.結語

　?。?）從管板焊縫的使用工況、裂紋宏觀形貌及H元素含量三方面可判定管板焊縫裂紋為氫致裂紋。

　?。?）管板焊縫和熱影響區均含有較多的馬氏體組織，其裂紋擴展門檻值低，裂紋擴展速度較快，大大降低了空冷器的使用壽命。