氢腐蚀分层对换热器筒体承载能力的影响

何家胜，李 超，朱晓明，陈 伟，路远明，杨 峰

(1.武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430074； 2. 中国石油化工股份有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430082)

0 引 言

某石化公司检修时，发现催化裂化工段中换热器的筒体发生氢腐蚀分层现象(筒体材料为16MnR，壳层介质中含有湿硫化氢).在筒体内表面上发现有多处存在呈放射状的交叉裂纹，并在交叉点中间有轻微鼓起现象，如图1所示.在该部位取样并沿厚度方向切割后，发现筒体在沿厚度方向中面处发生了严重的分层，如图2所示.前期已经对该氢腐蚀分层的椭圆裂纹进行了应力强度因子变化规律的计算[1].本文通过化学成分分析、硬度测试、拉伸试验以及夏比V口冲击韧性试验，对腐蚀分层后的筒体材料进行综合分析.并对分层的筒体进行有限元计算.讨论氢腐蚀分层对换热器筒体承载能力的影响.

图1 换热器筒体内表面交叉裂纹Fig.1 The crack developed on the inner on surface of heat exchanger

图2 筒体分层处沿厚度方向的剖面图Fig.2 The section of inner surface crack in thickness-direction

1 材料性能分析

1.1 化学成分分析

对氢腐蚀分层区域取样进行化学成分分析，检测结果如表1所示.根据GB6654-1996《压力容器用钢板》[2]对16MnR钢板成分的要求，从表1可知，在筒体分层处的Si、P、C、S含量均在正常范围之内，但Mn元素的含量严重的低于国标中的规定.

表1 试样成分检测结果Table 1 Test results of chemical constituents (mass fraction) %

1.2 硬度测试

图3 切割取样示意图Fig.3 Diagram of Curing test specimens

图4 试样1与试样2上测试点示意图Fig.4 Diagram of test points on test specimens 1 and 2

(a)侧面1测试点 (b)侧面2测试点 图5 试样3上测试点位置示意图Fig.5 Diagram of test points on test specimens 3

HB

表3 试样3侧面1上的测试点布氏硬度Table 3 Brinell hardness of test points on side 3 on test specimens 3 HB

根据GB/T 231.2-2002《金属布氏硬度试验》[3]中要求16MnR材……