硫胺裝置DN500×5管線材質為316L不銹鋼管。在運行中，該管線多次發(fā)生腐蝕泄漏事故。浙江至德鋼業(yè)有限公司對管線腐蝕原因進行了分析，提出了相應的解決措施，效果良好?？蔀轭愃蒲b置的運行及管線施工提供借鑒。大慶煉化公司聚合物一廠硫胺裝置是該公司主要化工裝置之一。該裝置大部分管線材質為316L不銹鋼管。在生產運行中，該裝置Φ500×5的不銹鋼管線多次發(fā)生腐蝕泄漏。316L屬超低碳不銹鋼，其含碳量低于0.03%，能夠有效抵抗因碳化物析出而產生的晶間腐蝕，具有良好的抗晶間腐蝕性能，因此管線泄漏原因可基本排除晶間腐蝕的可能，根據泄漏部位和運行介質，初步判斷為不銹鋼應力腐蝕開裂。

 應力腐蝕是指金屬在腐蝕性介質和拉應力共同作用下產生的脆性斷裂，是奧氏體不銹鋼較嚴重的失效形式之一。主要成因是金屬在焊接時，母材和填充金屬在高溫融合下形成焊縫，高溫焊縫隨溫度降低逐漸冷卻，由于熱脹冷縮原因，在冷卻的同時產生焊縫收縮，焊縫兩側母材金屬為阻止焊縫收縮，向兩邊不斷拉伸焊縫，從而形成焊縫處的拉伸應力，造成焊縫部位及近縫區(qū)應力集中。應力腐蝕沒有塑性變形征兆，一旦發(fā)生，腐蝕進展迅速，容易引發(fā)重大事故。在金相顯微鏡下觀察，應力腐蝕的裂紋呈樹枝狀，由根部向尖端逐步深入擴展。

一、管線泄漏原因分析

 1. 應力腐蝕是在拉應力和腐蝕性介質共同作用下產生的，它與單一的由應力產生的破壞及單一的腐蝕性介質引起的破壞不同。應力腐蝕發(fā)生時存在的拉應力可以很小，腐蝕性介質也可以較微弱，但只要同時滿足這兩個條件，就會發(fā)生應力腐蝕。

 2. 硫銨裝置不銹鋼管線運行溫度在90 ℃左右，工作壓力微負壓至0.01MPa之間，運行介質主要為飽和硫酸溶液。介質中富含氫離子、硫酸根離子和大量水蒸氣，形成腐蝕性電解質溶液。316L不銹鋼管中存在鐵、鉻、鎳等金屬元素和雜質，各種金屬及雜質的電極電位不同，在飽和硫酸電解質溶液中形成無數(shù)個微小的微電池組，在電化學腐蝕的作用下陽極金屬失去電子，陰極金屬得到電子。電子的運動造成陽極金屬的不斷溶解，使陽極金屬產生微裂紋，隨著電化學腐蝕的進行，裂紋不斷擴大。

 3. 從被割開的腐蝕管線可以看到，該管線由卷板機卷制加工而成，縱焊縫的兩側存在卷板時留下的直邊，縱焊縫兩側存有較大的加工殘余拉應力。同時，施工質量未達到相關施工標準，施工時焊縫對口間隙過小，多處未焊透。對口錯邊量超過2mm的規(guī)定值，這些缺陷的存在使焊縫本身應力過于集中，焊縫中存在大量焊接殘余應力。

 4. 管子端部的封頭為冷旋壓封頭，在封頭邊緣處存在冷加工殘余應力。

 5. 以上特征同時滿足發(fā)生應力腐蝕具備的條件，因此在拉伸應力和腐蝕性介質的共同作用下，該管線多處發(fā)生應力腐蝕泄漏。腐蝕情況見圖。

二、金相分析驗證

 為進一步驗證這一判斷，用等離子切割機在管線上對泄漏部位進行切割取樣，再做金相組織分析。首先把裂紋的尖端部位用機械加工方法加工成金相試塊，經過打磨、拋光后用顯微鏡進行觀察，未見明顯缺陷。然后把金相試塊放在王水中浸泡腐蝕，繼續(xù)在顯微鏡下觀察，可見到明顯的腐蝕開裂。裂紋尖端較尖銳，成樹枝狀擴展，符合典型的應力腐蝕特征。結合上述分析，可確定該硫銨裝置316L不銹鋼管線泄漏原因為不銹鋼應力腐蝕開裂。

三、整改措施

 為阻止應力腐蝕繼續(xù)發(fā)生，對原有DN500×5不銹鋼管線全部進行更換，由無縫鋼管取代原有的卷管，并在更換管線的過程中采取了減少應力集中的措施，有效避免了應力腐蝕開裂再次發(fā)生。施工要點如下：

 1. 材料復驗

   按照管線產品質量證明文件要求，對新購進的不銹鋼無縫鋼管進行金相組織分析及機械性能復驗，確保管材質量符合標準要求。

 2. 消除應力

   對旋壓封頭冷加工后存在的殘余應力進行固溶處理，消除加工殘余應力。

 3. 正確選擇焊接材料

  正確選擇焊接材料，是保證焊接質量的關鍵。根據316L不銹鋼管母材的化學成分，用于氬弧焊接的打底焊絲選用H00Cr19Ni12Mo2，用于手工焊填充、蓋面的焊條選用A022不銹鋼焊條。焊接前焊絲要打磨干凈，焊條使用前應在300~350℃下烘干，保溫一小時，使用時放在保溫桶內。

 4. 切割、打磨

  管道坡口加工采用管道坡口機在現(xiàn)場加工，單面坡口角度為35°，并保留2mm鈍邊，組對前把坡口內外兩側各20mm范圍內的毛刺、油污等清理干凈。

 5. 組對、吊裝

  為減少焊接殘余應力，管線組對時嚴禁強力對口，所有管線都應在自由狀態(tài)下完成組對裝配。對口錯邊量嚴格控制在2mm以下。組對的工卡具應用316L不銹鋼管材質制成。組對合格后，在焊縫圓周均勻點焊四點，每處點焊長度不小于15mm，并對點焊處進行打磨、清理、觀察，確保焊點無焊接缺陷，尤其應注意，打磨、清理時要用專用砂輪片和鋼絲刷。

 6. 焊接工藝及注意事項

   a. 因316L不銹鋼管導熱系數(shù)低，焊接膨脹系數(shù)大，容易產生收縮變形而造成應力集中。為有效減少焊接線能量，減少焊接殘余應力，焊接工藝采用3層3道焊。第一層焊道采用氬弧焊打底，有效地保證了根焊道質量。為提高焊接效率，填充、蓋面均采用手工電弧焊焊接。

   b. 焊前在焊道兩側各100mm范圍內涂刷白堊土，可有效防止焊接飛濺。焊接時嚴格控制在母材上隨意引弧，引弧時使用與管線同材質的引弧板。為進一步控制焊接線能量，焊接時一定要采用小電流、短弧焊的焊接方法，嚴禁焊條做橫向擺動。為控制電弧電壓，電弧弧長控制在2mm以下，焊接參數(shù)見表。焊接其它位置時，電流要比平焊縫減小約10%。為避免在收弧時產生弧坑裂紋，收弧時要填滿弧坑，并采用反復熄弧、引弧的焊接收尾方式。焊接時兩名焊工按對稱焊接的順序焊接，進一步減小了焊接殘余應力的產生。

   c. 根據不同的焊接環(huán)境，采取相應的保證焊接質量的措施。316L不銹鋼管屬奧氏體不銹鋼，焊接性能良好，焊前無需預熱。為防止焊縫過熱影響抗腐蝕性能，焊道層間溫度控制在150℃以下。根據硫銨管線厚度以及運行溫度、壓力、介質狀況，無需對管線進行焊后消除應力熱處理。

  按上述方案將管線更換后，經多年運行再未發(fā)生類似腐蝕泄漏事故。實踐證明，只要按照正確的方法進行施工和焊接，316L不銹鋼管完全可以克服應力腐蝕造成的破壞。