熱電偶套管斷裂原因分析及應(yīng)對措施

王川川+楊霖+張奎嚴(yán)

摘 要 采用化學(xué)成分分析、金相分析、宏觀與微觀斷口分析等方法，對某煉油廠常減壓裝置工藝管線熱電偶套管的斷裂原因進(jìn)行了分析，針對斷裂原因，對目前在此套裝置內(nèi)部分熱電偶的使用安全性進(jìn)行了分析，并提出整改的建議以減少類似事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 熱電偶套管；斷裂；原因分析；處理措施

中圖分類號：TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0174-01

某煉油廠550萬噸/年常減壓裝置自2006年開車以來，共發(fā)生兩次熱電偶套管斷裂，造成停車事故。熱電偶垂直安裝在管線三通后約300 mm處，套管插入長度約150 mm，斷掉長度約250 mm，原油流速在1.15～1.68 m/s之間，流動狀態(tài)為勻速流動，溫度為210～220℃，壓力約1 Mpa。因原油較輕，換熱到此溫度后，原油部分氣化，呈汽液兩相、湍流狀態(tài)。原油硫含量及氯離子含量未作分析。通常硫含量為0.5%，氯離子含量為1.68 mg/l原油。

為判斷熱電偶保護(hù)套管斷裂原因，委托中國科學(xué)院金屬研究所進(jìn)行管材化學(xué)成分、金相組織及斷口的宏觀形貌檢驗分析，以確定斷裂原因，防止類似事故的再次發(fā)生。

1 宏觀分析

保護(hù)套管斷裂位置在套管與帶絲扣管座的焊接處，斷口平整，無明顯的塑性變形，呈脆性斷口，見圖1。在主斷口附近還可見次裂紋的存在。觀察殘留的熱電偶保護(hù)套管的外表面，其表面粗糙，有較深的加工痕跡。

圖1 保護(hù)套管斷口的宏觀形貌

2 化學(xué)分析

在套管上取樣，依據(jù)GB/T16597-1996，使用光譜儀分析化學(xué)成分，結(jié)果見表1。通過與幾種奧氏體不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分比較發(fā)現(xiàn)，其材質(zhì)符合0Cr18Ni9鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)，而非含Ti的奧氏體不銹鋼（Ti的含量很低）。含Ti的奧氏體不銹鋼，由于加入鈦，具有一定的抗晶間腐蝕能力。碳的含量降低可以進(jìn)一步提高其耐蝕性[1]。

表1 熱電偶套管的化學(xué)成分（w/%）

元素 C Si Mn P S Cr Ni Ti

wt% 0.066 0.39 0.80 0.030 0.005 18.21 9.05 <0.01

3 金相分析

從殘留的熱電偶套管上分別取帶斷口及焊縫的縱向和橫向金相樣品。經(jīng)預(yù)磨拋光后，用10%的草酸溶液電解腐刻，觀察各部分的金相組織。發(fā)現(xiàn)套管基體及焊縫的金相組織正常，焊縫與管基體之間的結(jié)合良好，但在套管外、內(nèi)壁表面有晶間腐蝕存在。觀察熱功當(dāng)量橫向金相組織，同樣可見套管的外、內(nèi)壁表面有晶間腐蝕存在。

4 掃描電鏡分析

首先，對圖1中熱電偶套管斷口的1處進(jìn)行微觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)在熱電偶套管的外壁存在著缺陷，裂紋起源于該部位；并且在1處附近，還有多個裂紋源，裂紋產(chǎn)生后，沿管壁向前擴(kuò)展，在斷口表面的2和3處，有大量的疲勞裂紋擴(kuò)展所形成的“輝紋線”。當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到4處時，這時的套管所剩下的強(qiáng)度已經(jīng)很小，在應(yīng)力的作用下，該處最后被瞬間拉斷，在4處留下大量的韌窩。

5 斷裂原因分析

通過以上分析可知：

1）斷口處緊挨焊縫，焊縫及附近處的熱影響區(qū)組織不均勻，應(yīng)力集中，且管壁表面粗糙，有大量的加工痕跡，也是應(yīng)力集中和容易產(chǎn)生疲勞裂紋源的地方。

2）熱電偶套管垂直安裝在管線上，其受力狀態(tài)相當(dāng)于懸壁梁狀態(tài)，在斷口處是受力最大處（相當(dāng)于懸壁梁的根部）。因油流氣化有湍流狀態(tài)，使套管受力呈交變的載荷，使該處成為套管開裂的起源處，并隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致套管斷裂。

3）套管的材質(zhì)成分符合0Cr18Ni9鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計選型為1Cr18Ni9Ti，與設(shè)計選型不符。設(shè)計選用1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管更多的是著眼于其所含Ti元素具有一定的抗晶間腐蝕能力。晶間腐蝕裂紋也易成為疲勞裂紋源。金相組織觀察，發(fā)現(xiàn)在套管的內(nèi)、外壁有晶間腐蝕存在。

因此熱電偶套管的斷裂是疲勞斷裂。套管在此位置斷裂，是由于此處是最易產(chǎn)生疲勞裂紋源的地方，且該處受到的應(yīng)力又最大。

6 處理措施

通過對熱電偶套管斷裂原因分析后，為了避免類似情況的再次出現(xiàn)，提出以下建議。

1）在不影響測量效果的前提下，移動部分熱電偶的安裝位置，并改垂直安裝為135°安裝，使得在發(fā)生泄漏時能將泄漏點(diǎn)切換出去，不影響裝置的正常運(yùn)行，同時也可改變套管承受交變載荷的程度。

2）提高熱電偶保護(hù)套管的材質(zhì)，選用具有抗晶間腐蝕能力較強(qiáng)的材質(zhì)，如316L等，并嚴(yán)格檢查保護(hù)套管的內(nèi)外在質(zhì)量，檢查保護(hù)套管的焊接質(zhì)量，避免因焊接工藝選用不當(dāng)，造成金屬晶相組織改變，使焊接接頭產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，降低奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕的性能。

3）選用新型的防泄漏的熱電偶，即在熱電偶保護(hù)套管斷裂的情況下依然能有防止介質(zhì)泄漏的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王非，林英編.化工設(shè)備用鋼[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004：102-107.

作者簡介

王川川（1985-），男，助理工程師，工作于遼陽石化分公司煉油廠，從事煉油化工企業(yè)設(shè)備管理與維修工作。endprint

摘 要 采用化學(xué)成分分析、金相分析、宏觀與微觀斷口分析等方法，對某煉油廠常減壓裝置工藝管線熱電偶套管的斷裂原因進(jìn)行了分析，針對斷裂原因，對目前在此套裝置內(nèi)部分熱電偶的使用安全性進(jìn)行了分析，并提出整改的建議以減少類似事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 熱電偶套管；斷裂；原因分析；處理措施

中圖分類號：TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0174-01

某煉油廠550萬噸/年常減壓裝置自2006年開車以來，共發(fā)生兩次熱電偶套管斷裂，造成停車事故。熱電偶垂直安裝在管線三通后約300 mm處，套管插入長度約150 mm，斷掉長度約250 mm，原油流速在1.15～1.68 m/s之間，流動狀態(tài)為勻速流動，溫度為210～220℃，壓力約1 Mpa。因原油較輕，換熱到此溫度后，原油部分氣化，呈汽液兩相、湍流狀態(tài)。原油硫含量及氯離子含量未作分析。通常硫含量為0.5%，氯離子含量為1.68 mg/l原油。

為判斷熱電偶保護(hù)套管斷裂原因，委托中國科學(xué)院金屬研究所進(jìn)行管材化學(xué)成分、金相組織及斷口的宏觀形貌檢驗分析，以確定斷裂原因，防止類似事故的再次發(fā)生。

1 宏觀分析

保護(hù)套管斷裂位置在套管與帶絲扣管座的焊接處，斷口平整，無明顯的塑性變形，呈脆性斷口，見圖1。在主斷口附近還可見次裂紋的存在。觀察殘留的熱電偶保護(hù)套管的外表面，其表面粗糙，有較深的加工痕跡。

圖1 保護(hù)套管斷口的宏觀形貌

2 化學(xué)分析

在套管上取樣，依據(jù)GB/T16597-1996，使用光譜儀分析化學(xué)成分，結(jié)果見表1。通過與幾種奧氏體不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分比較發(fā)現(xiàn)，其材質(zhì)符合0Cr18Ni9鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)，而非含Ti的奧氏體不銹鋼（Ti的含量很低）。含Ti的奧氏體不銹鋼，由于加入鈦，具有一定的抗晶間腐蝕能力。碳的含量降低可以進(jìn)一步提高其耐蝕性[1]。

表1 熱電偶套管的化學(xué)成分（w/%）

元素 C Si Mn P S Cr Ni Ti

wt% 0.066 0.39 0.80 0.030 0.005 18.21 9.05 <0.01

3 金相分析

從殘留的熱電偶套管上分別取帶斷口及焊縫的縱向和橫向金相樣品。經(jīng)預(yù)磨拋光后，用10%的草酸溶液電解腐刻，觀察各部分的金相組織。發(fā)現(xiàn)套管基體及焊縫的金相組織正常，焊縫與管基體之間的結(jié)合良好，但在套管外、內(nèi)壁表面有晶間腐蝕存在。觀察熱功當(dāng)量橫向金相組織，同樣可見套管的外、內(nèi)壁表面有晶間腐蝕存在。

4 掃描電鏡分析

首先，對圖1中熱電偶套管斷口的1處進(jìn)行微觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)在熱電偶套管的外壁存在著缺陷，裂紋起源于該部位；并且在1處附近，還有多個裂紋源，裂紋產(chǎn)生后，沿管壁向前擴(kuò)展，在斷口表面的2和3處，有大量的疲勞裂紋擴(kuò)展所形成的“輝紋線”。當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到4處時，這時的套管所剩下的強(qiáng)度已經(jīng)很小，在應(yīng)力的作用下，該處最后被瞬間拉斷，在4處留下大量的韌窩。

5 斷裂原因分析

通過以上分析可知：

1）斷口處緊挨焊縫，焊縫及附近處的熱影響區(qū)組織不均勻，應(yīng)力集中，且管壁表面粗糙，有大量的加工痕跡，也是應(yīng)力集中和容易產(chǎn)生疲勞裂紋源的地方。

2）熱電偶套管垂直安裝在管線上，其受力狀態(tài)相當(dāng)于懸壁梁狀態(tài)，在斷口處是受力最大處（相當(dāng)于懸壁梁的根部）。因油流氣化有湍流狀態(tài)，使套管受力呈交變的載荷，使該處成為套管開裂的起源處，并隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致套管斷裂。

3）套管的材質(zhì)成分符合0Cr18Ni9鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計選型為1Cr18Ni9Ti，與設(shè)計選型不符。設(shè)計選用1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管更多的是著眼于其所含Ti元素具有一定的抗晶間腐蝕能力。晶間腐蝕裂紋也易成為疲勞裂紋源。金相組織觀察，發(fā)現(xiàn)在套管的內(nèi)、外壁有晶間腐蝕存在。

因此熱電偶套管的斷裂是疲勞斷裂。套管在此位置斷裂，是由于此處是最易產(chǎn)生疲勞裂紋源的地方，且該處受到的應(yīng)力又最大。

6 處理措施

通過對熱電偶套管斷裂原因分析后，為了避免類似情況的再次出現(xiàn)，提出以下建議。

1）在不影響測量效果的前提下，移動部分熱電偶的安裝位置，并改垂直安裝為135°安裝，使得在發(fā)生泄漏時能將泄漏點(diǎn)切換出去，不影響裝置的正常運(yùn)行，同時也可改變套管承受交變載荷的程度。

2）提高熱電偶保護(hù)套管的材質(zhì)，選用具有抗晶間腐蝕能力較強(qiáng)的材質(zhì)，如316L等，并嚴(yán)格檢查保護(hù)套管的內(nèi)外在質(zhì)量，檢查保護(hù)套管的焊接質(zhì)量，避免因焊接工藝選用不當(dāng)，造成金屬晶相組織改變，使焊接接頭產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，降低奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕的性能。

3）選用新型的防泄漏的熱電偶，即在熱電偶保護(hù)套管斷裂的情況下依然能有防止介質(zhì)泄漏的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王非，林英編.化工設(shè)備用鋼[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004：102-107.

作者簡介

王川川（1985-），男，助理工程師，工作于遼陽石化分公司煉油廠，從事煉油化工企業(yè)設(shè)備管理與維修工作。endprint

摘 要 采用化學(xué)成分分析、金相分析、宏觀與微觀斷口分析等方法，對某煉油廠常減壓裝置工藝管線熱電偶套管的斷裂原因進(jìn)行了分析，針對斷裂原因，對目前在此套裝置內(nèi)部分熱電偶的使用安全性進(jìn)行了分析，并提出整改的建議以減少類似事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 熱電偶套管；斷裂；原因分析；處理措施

中圖分類號：TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0174-01

某煉油廠550萬噸/年常減壓裝置自2006年開車以來，共發(fā)生兩次熱電偶套管斷裂，造成停車事故。熱電偶垂直安裝在管線三通后約300 mm處，套管插入長度約150 mm，斷掉長度約250 mm，原油流速在1.15～1.68 m/s之間，流動狀態(tài)為勻速流動，溫度為210～220℃，壓力約1 Mpa。因原油較輕，換熱到此溫度后，原油部分氣化，呈汽液兩相、湍流狀態(tài)。原油硫含量及氯離子含量未作分析。通常硫含量為0.5%，氯離子含量為1.68 mg/l原油。

為判斷熱電偶保護(hù)套管斷裂原因，委托中國科學(xué)院金屬研究所進(jìn)行管材化學(xué)成分、金相組織及斷口的宏觀形貌檢驗分析，以確定斷裂原因，防止類似事故的再次發(fā)生。

1 宏觀分析

保護(hù)套管斷裂位置在套管與帶絲扣管座的焊接處，斷口平整，無明顯的塑性變形，呈脆性斷口，見圖1。在主斷口附近還可見次裂紋的存在。觀察殘留的熱電偶保護(hù)套管的外表面，其表面粗糙，有較深的加工痕跡。

圖1 保護(hù)套管斷口的宏觀形貌

2 化學(xué)分析

在套管上取樣，依據(jù)GB/T16597-1996，使用光譜儀分析化學(xué)成分，結(jié)果見表1。通過與幾種奧氏體不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分比較發(fā)現(xiàn)，其材質(zhì)符合0Cr18Ni9鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)，而非含Ti的奧氏體不銹鋼（Ti的含量很低）。含Ti的奧氏體不銹鋼，由于加入鈦，具有一定的抗晶間腐蝕能力。碳的含量降低可以進(jìn)一步提高其耐蝕性[1]。

表1 熱電偶套管的化學(xué)成分（w/%）

元素 C Si Mn P S Cr Ni Ti

wt% 0.066 0.39 0.80 0.030 0.005 18.21 9.05 <0.01

3 金相分析

從殘留的熱電偶套管上分別取帶斷口及焊縫的縱向和橫向金相樣品。經(jīng)預(yù)磨拋光后，用10%的草酸溶液電解腐刻，觀察各部分的金相組織。發(fā)現(xiàn)套管基體及焊縫的金相組織正常，焊縫與管基體之間的結(jié)合良好，但在套管外、內(nèi)壁表面有晶間腐蝕存在。觀察熱功當(dāng)量橫向金相組織，同樣可見套管的外、內(nèi)壁表面有晶間腐蝕存在。

4 掃描電鏡分析

首先，對圖1中熱電偶套管斷口的1處進(jìn)行微觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)在熱電偶套管的外壁存在著缺陷，裂紋起源于該部位；并且在1處附近，還有多個裂紋源，裂紋產(chǎn)生后，沿管壁向前擴(kuò)展，在斷口表面的2和3處，有大量的疲勞裂紋擴(kuò)展所形成的“輝紋線”。當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到4處時，這時的套管所剩下的強(qiáng)度已經(jīng)很小，在應(yīng)力的作用下，該處最后被瞬間拉斷，在4處留下大量的韌窩。

5 斷裂原因分析

通過以上分析可知：

1）斷口處緊挨焊縫，焊縫及附近處的熱影響區(qū)組織不均勻，應(yīng)力集中，且管壁表面粗糙，有大量的加工痕跡，也是應(yīng)力集中和容易產(chǎn)生疲勞裂紋源的地方。

2）熱電偶套管垂直安裝在管線上，其受力狀態(tài)相當(dāng)于懸壁梁狀態(tài)，在斷口處是受力最大處（相當(dāng)于懸壁梁的根部）。因油流氣化有湍流狀態(tài)，使套管受力呈交變的載荷，使該處成為套管開裂的起源處，并隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致套管斷裂。

3）套管的材質(zhì)成分符合0Cr18Ni9鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計選型為1Cr18Ni9Ti，與設(shè)計選型不符。設(shè)計選用1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管更多的是著眼于其所含Ti元素具有一定的抗晶間腐蝕能力。晶間腐蝕裂紋也易成為疲勞裂紋源。金相組織觀察，發(fā)現(xiàn)在套管的內(nèi)、外壁有晶間腐蝕存在。

因此熱電偶套管的斷裂是疲勞斷裂。套管在此位置斷裂，是由于此處是最易產(chǎn)生疲勞裂紋源的地方，且該處受到的應(yīng)力又最大。

6 處理措施

通過對熱電偶套管斷裂原因分析后，為了避免類似情況的再次出現(xiàn)，提出以下建議。

1）在不影響測量效果的前提下，移動部分熱電偶的安裝位置，并改垂直安裝為135°安裝，使得在發(fā)生泄漏時能將泄漏點(diǎn)切換出去，不影響裝置的正常運(yùn)行，同時也可改變套管承受交變載荷的程度。

2）提高熱電偶保護(hù)套管的材質(zhì)，選用具有抗晶間腐蝕能力較強(qiáng)的材質(zhì)，如316L等，并嚴(yán)格檢查保護(hù)套管的內(nèi)外在質(zhì)量，檢查保護(hù)套管的焊接質(zhì)量，避免因焊接工藝選用不當(dāng)，造成金屬晶相組織改變，使焊接接頭產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，降低奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕的性能。

3）選用新型的防泄漏的熱電偶，即在熱電偶保護(hù)套管斷裂的情況下依然能有防止介質(zhì)泄漏的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王非，林英編.化工設(shè)備用鋼[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004：102-107.

作者簡介

王川川（1985-），男，助理工程師，工作于遼陽石化分公司煉油廠，從事煉油化工企業(yè)設(shè)備管理與維修工作。endprint