Page 75 - 理化检验-物理分册2025年第四期
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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl240012
再沸器管板开裂原因
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陈 静 ,孔范洋 ,许铁群 ,陈怀宁 1
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(1.中国科学院 金属研究所,沈阳 110016;2.北方华锦化学工业股份有限公司,盘锦 124099)
摘 要:某乙烯裂解装置中再沸器管板发生开裂。采用宏观观察、化学成分分析、硬度测试、金相
检验、扫描电镜及能谱分析等方法对管板的开裂原因进行分析。结果表明:焊接工艺控制不当使管
板材料产生马氏体淬硬组织,在应力和淬硬组织的共同作用下,管板与管束间隙处的焊缝区和热影
响区产生焊接冷裂纹;工艺水或急冷油进入裂纹,在S、O等腐蚀性元素的作用下,裂纹处的材料发
生应力腐蚀开裂,裂纹进一步扩展,最终导致孔桥或管束发生开裂。
关键词: 再沸器;冷裂纹;应力腐蚀开裂;焊接工艺;淬硬组织
中图分类号:TB31;TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2025)04-0059-05
Reasons for cracking of reboiler tube plate
CHEN Jing , KONG Fanyang , XU Tiequn , CHEN Huaining 1
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(1. Institute of Metal Research, CAS, Shenyang 110016, China;
2. North Huajin Chemical Industries Co., Ltd., Panjin 124099, China)
Abstract: Cracking occurred in the reboiler tube plate of a certain ethylene cracking unit. The cracking reasons
of the tube plate were analyzed using macroscopic observation, chemical composition analysis, hardness testing,
metallographic examination, scanning electron microscopy and energy spectrum analysis. The results show that
improper welding process control led to the formation of martensitic quenched microstructure in the tube sheet material.
Under the combined action of stress and quenched microstructure, welding cold cracks occurred in the weld zone and
heat affected zone at the gap between the tube sheet and the bundle. The entry of process water or rapid cooling oil into
the crack, under the action of corrosive elements such as S and O, the material at the crack underwent stress corrosion
cracking, further expanded the crack, and ultimately led to cracking of the hole bridge or tube bundle.
Keywords: reboiler; cold crack; stress corrosion cracking; welding process; quenched microstructure
装备在长时间使用后难免出现开裂的情况,理 Q345D钢,材料符合GB 6479—2013 《高压化肥设
化检验已成为重要的失效分析手段 [1-2] 。某公司乙 备用无缝钢管》的规定。
烯裂解装置稀释蒸汽发生器/急冷油再沸器 (以下 管板与管束连接方式为强度焊+贴 胀(前
简称再沸器)中的壳程介质为稀释蒸汽,装置中工 15 mm不胀),焊接方式为钨极氩弧焊,按照先点焊
艺水的pH为 8.5,管程介质为急冷油,其为重组分 后施焊的顺序进行焊接,施焊时采用“十字对称”的
烃类。再沸器固定管板、浮动管板材料为16Mn钢, 方法,采用的焊丝牌号为TG-50(型号为ER50-6),
按JB/T 4726—2010 《压力容器用碳素钢和低合金 规格为2.0 mm(直径)。焊接过程中将层间温度控
钢锻件》Ⅲ级锻件进行制造检验和验收,管板规格 制为低于250 ℃, 焊接前管板没有预热。焊接层共
为2 190 mm×135 mm(直径×厚度)。换热管管束 2层,第一层不填丝自熔,电流为80~100 A,热输入
的规格为 19 mm×2.5 mm(直径×厚度),材料为 不大于12 kJ/cm;第二层填丝,电流为120~140 A,
热输入不大于16 kJ/cm。
收稿日期:2024-01-24
再沸器于2021年投入使用,其工艺参数如表1
作者简介:陈静(1976—),女,副研究员,主要从事焊接残余应
力测试和失效分析工作 所示。2023年该再沸器出现内漏现象,在清除掉管
通信作者:陈怀宁,hnchen@imr.ac.cn 束附着的急冷油后,对其进行试漏,发现再沸器下半
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