加氢裂化空冷器管板焊缝氢致裂纹分析

　　加氢裂化空冷器在石油、化工、冶金等行业中有着广泛应用，而加氢裂化空冷器由于管箱泄漏而导致非计划停机，造成巨大的环境污染和经济损失的不在少数。其中管板管角焊缝开裂是管箱泄漏的主要原因之一。

1.设备工况

　　某石化公司新购置的用于加氢裂化处理的丝堵式空冷器，管箱材质为Q345R（HIC），换热管材质为10#钢，氩弧焊丝牌号为H09Mn2HG，其工作介质为循环氢（H2）、硫化氢（H2S）、氨（NH3），属于严重腐蚀工况。在试运行阶段，空冷器出现了多处管板焊缝泄漏的情况。

2.焊缝开裂原因分析

　　按NB/T 47013—2015对管板焊缝开裂部位进行着色检测后发现，管板焊缝出现多处裂纹。针对这一情况，从现场管板焊缝泄漏处取样，通过宏观形貌、化学成分、金相组织等对管板焊缝开裂的原因进行分析研究。

　　（1）宏观形貌分析制取金相试样。试样垂直于裂纹，从焊缝的中间位置剖开，该试样命名为裂纹样。所取的裂纹样上共发现两条裂纹，裂纹1尖端尖锐，裂纹2尖端表现的比较圆钝。裂纹扩展路径均呈明显的阶梯状，具有氢致裂纹的特征。

　　（2）化学元素检测 H元素检测：对裂纹样上三个不同部位进行H元素的含量测定，测定结果分别为8.5ppm、23ppm、20.7ppm（1ppm=1×10-4%）。相关资料显示，钢液脱氢前H元素含量在4~6ppm，精炼脱氢后H元素的含量可降低至2ppm以下。而管板焊缝中，H元素的含量远高于钢中H元素含量的正常水平。由此可见，管板焊缝中渗入了较多的氢，使其内部压力增加，产生较大内应力，同时使钢变脆，导致焊缝裂纹产生。且焊缝处裂纹宏观形呈明显的阶梯状，所以裂纹应为氢致裂纹。

　　（3）金相组织分析 将裂纹样抛光后分别用4%硝酸酒精溶液浸蚀。裂纹样焊缝金相组织，裂纹样热影响区金相组织，两个部位的金相组织都存在较多的马氏体组织，且马氏体的位向比较明显。对两个部位的马氏体区域进行显微维氏硬度检测，硬度分别为405HV0.3，414HV0.3。

　　管板焊缝含有较多的马氏体组织，相比于正常焊态下的铁素体+粒状贝氏体组织，其裂纹扩展门槛值显著降低，裂纹扩展速度显著提高。微裂纹产生后，会迅速发展为宏观裂纹，大大降低了空冷器的使用寿命，导致在试运行阶段，管板焊缝出现多处氢致裂纹开裂的情况。

3.结语

　　（1）从管板焊缝的使用工况、裂纹宏观形貌及H元素含量三方面可判定管板焊缝裂纹为氢致裂纹。

　　（2）管板焊缝和热影响区均含有较多的马氏体组织，其裂纹扩展门槛值低，裂纹扩展速度较快，大大降低了空冷器的使用寿命。