En raison de sa plus grande résistance à la corrosion, tuyaux en acier inoxydable duplex sont largement utilisés dans les industries pétrochimiques et autres industries avec des environnements médiatiques difficiles. Bien que l'acier duplex ait une bonne résistance à la corrosion, des fuites dans l'industrie pétrochimique se produisent souvent en raison de la corrosion des tuyaux duplex ou pour d'autres raisons.

Après un fonctionnement à court terme de l'échangeur de chaleur à gaz en acier inoxydable duplex, des fuites sont apparues dans l'industrie pétrochimique. Nous pouvons analyser de manière exhaustive les raisons des fuites à court terme et de la défaillance du tube d'échange de chaleur grâce aux méthodes de détection de la morphologie de la corrosion, de la métallographie, de la dureté, etc., combinées à l'environnement de corrosion du tube d'échange de chaleur, et fournir un support technique pour protection anticorrosion ultérieure.

L'analyse des processus

Le matériau du tube d'échangeur de chaleur testé est de l'acier inoxydable duplex 2205 (0Cr22Ni5Mo3N), le milieu est du pétrole et du gaz et la température est de 80°C.

Le pétrole et le gaz contiennent une grande quantité de sulfure d'hydrogène, d'ions chlorure et de dioxyde d'hydrogène, qui appartiennent à la corrosion à basse température du chlorure d'hydrogène + sulfure d'hydrogène + dioxyde d'hydrogène dans un environnement moyen complexe. Lorsque pH>7, le mécanisme d'endommagement dominant est la corrosion par l'eau acide; lorsque pH<7 Le mécanisme d'endommagement dominant est la corrosion par l'acide chlorhydrique. De plus, la présence de sulfure d'hydrogène provoquera une fissuration par corrosion sous contrainte de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié dans un environnement humide de sulfure d'hydrogène, et la présence d'ions chlorure provoquera une fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure de l'acier inoxydable austénitique. En raison du problème de traitement du pétrole et du gaz, l'injection d'ammoniac peut également produire une corrosion par le chlorure d'ammonium.

Analyse de l'apparence et des performances matérielles du tuyau qui fuit

2.1 Macromorphologie

L'échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur à tube en forme de U, le coude est un tube lisse, qui a subi un traitement de solution selon les exigences de conception, et le tube droit est un tube en spirale traité par laminage. Les caractéristiques macroscopiques de la plaque tubulaire de l'échangeur de chaleur qui fuit et le tube d'échange de chaleur sont les suivants:

(1) Le nombre et les caractéristiques de distribution des tubes de fuite des tubes d'échangeur de chaleur. Le nombre de tubes qui fuient sur la plaque tubulaire dépasse 30 ; les emplacements des tubes qui fuient sont irrégulièrement répartis.

(2) Contrôle par échantillonnage des caractéristiques de la surface extérieure du tube d'échange thermique. La surface extérieure de la rainure de filage du tube d'échange de chaleur ayant fui présente un grand nombre de défauts de laminage. Bien que le nombre de tels défauts soit important mais que la profondeur soit relativement faible, ce n'est évidemment pas la raison pour laquelle le fonctionnement à court terme du tube d'échange de chaleur se fissure et fuit, mais il n'est pas exclu qu'il continue à se dilater pendant fonctionnement à long terme de l'appareil.

(3) Les caractéristiques d'endommagement par corrosion de la surface intérieure du tube d'échange de chaleur échantillonné. La surface intérieure du tube près de la plaque tubulaire présente le plus de piqûres de corrosion. Au fur et à mesure que la distance par rapport à la plaque tubulaire augmente, la corrosion par piqûres correspondante est progressivement réduite. La faible profondeur des piqûres sur la surface intérieure du tube d'échange de chaleur ne doit pas être la cause du fonctionnement à court terme de la fissuration et des fuites du tube d'échange de chaleur.

2.2 Analyse métallographique

Observer la structure locale des sections transversales et longitudinales de la section de tuyau à travers un microscope métallographique. La structure matricielle est composée de précipités ferrite + austénite rubané. Les deux phases sont à peu près équivalentes en nombre. Les précipités d'austénite sont rayés le long du sens de laminage du tube en acier. Répartition entre les phases.

Il existe une zone de déformation évidente près de la rainure en spirale sur la surface extérieure de la section de tuyau, et la zone de déformation entoure complètement la rainure en spirale par laminage. De plus, on constate que le fond d'une partie de la rainure en spirale présente une fissure de laminage d'une longueur d'environ 100 µm sur sa surface latérale, ce qui indique que la pression du processus de filage est très importante ; l'existence de la zone de déformation du processus de filage indique que le tube d'échange de chaleur en spirale n'a pas été traité après le processus de filage. Effectuer un traitement de recuit de soulagement des contraintes de solution.

2.3 Analyse de la composition chimique

Selon les résultats de l'analyse, à l'exception de la légère différence dans les données d'azote, d'autres composants répondent à la norme de matériau 2205.

2.4 Essai de dureté

Les positions de détection de dureté sont respectivement sélectionnées sur la surface intérieure du fond de la rainure en spirale du tube d'échange de chaleur en spirale et la surface intérieure du tube sans traiter la rainure en spirale.

Analyse des résultats d'inspection

Sur la base des résultats d'inspection ci-dessus, il est conclu que la composition chimique et la structure de la matrice (ferrite + austénite en bandes) du tuyau sélectionné répondent essentiellement aux exigences de la norme 2205 sur l'acier duplex. Les principaux problèmes sont les suivants.

(1) Il y a beaucoup de défauts de micro-fissures sur la paroi intérieure

Grâce à l'analyse métallographique, on constate qu'il existe un grand nombre de microfissures dans les pièces proches de l'expansion de la tête de tube ou les pièces éloignées de la tête de tube. Ce phénomène montre que ces fissures se sont formées au cours du processus de laminage du tube.

(2) Il y a beaucoup de défauts de traitement

Il existe une zone de déformation évidente près de la rainure en spirale sur la surface extérieure du tube d'échange de chaleur, et la zone de déformation entoure complètement la rainure en spirale traitée par laminage. De plus, il existe des fissures de roulement au fond des rainures en spirale de certains tubes d'échange de chaleur. L'existence de fissures dans le processus de laminage indique que la contrainte de traitement est très importante ; l'existence de la zone de déformation du processus de laminage indique que le tube d'échange thermique en spirale n'a pas subi de recuit de détente de solution ou de recuit de détente de contrainte insuffisant après le traitement.

(3) Dommages locaux par piqûres

Après une courte période de fonctionnement, de nombreuses piqûres peu profondes (environ 100 µm) se sont formées sur la paroi interne du tube d'échange de chaleur. L'apparition de ces piqûres de corrosion indique que les tubes d'échange de chaleur de ce lot ont une résistance aux piqûres insuffisante vis-à-vis du milieu de travail, ce qui affectera évidemment la durée de vie des tubes d'échange de chaleur.

(4) Dureté

Les résultats des tests montrent que la dureté de la rainure en spirale traitée est évidemment supérieure à celle de la zone non traitée, et la dureté du tube d'échange de chaleur est plus élevée, ce qui augmentera la fragilité du tube et diminuera la ténacité du plastique. Il montre que la déformation du tube d'échange thermique est trop importante lorsque la rainure en spirale est traitée et que le traitement de détente n'est pas effectué ou que le traitement de détente est insuffisant après le traitement.

Sur la base de l'analyse ci-dessus, la défaillance de la fuite de la tête du tube d'échange de chaleur est due au fait que le tube de l'échangeur de chaleur se trouve dans un environnement corrosif de sulfure d'hydrogène humide, et la précipitation de la phase martensite, la dureté élevée et la concentration de contrainte causées par le traitement d'expansion et de filage seront cause La sensibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte de sulfure est considérablement augmentée. Dans le même temps, les matières premières du tube d'échange de chaleur ne répondent pas aux normes de qualité et il existe un grand nombre de microfissures longitudinales sur la paroi interne. Bien que ces microfissures soient de courte longueur, ces microfissures se dilateront rapidement et formeront une pénétration sous l'effet de la promotion de la corrosion sous contrainte de sulfure pendant le fonctionnement. fissure.

Il est recommandé d'éviter les dommages de surface pendant le traitement par laminage, et le traitement en solution de l'ensemble du tube doit être effectué après le traitement afin d'éviter les fuites dans l'industrie pétrochimique.

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