Análisis y discusión sobre fallas por fugas a corto plazo de tubos intercambiadores de calor de acero inoxidable dúplex 2205: brindamos soluciones de tuberías

El acero inoxidable dúplex se utiliza ampliamente en algunas condiciones de trabajo agresivas en las empresas petroquímicas . Sin embargo, después de un breve período de funcionamiento del intercambiador de calor de petróleo crudo/gas y del sistema aéreo de torre de una empresa petroquímica, se produjeron varias fugas en la ubicación de la placa tubular del intercambiador de calor. Este artículo describe las causas de este error. Tubo intercambiador de calor Debido a sus fugas a corto plazo, ha sido ampliamente analizado utilizando métodos de detección de morfología de corrosión, metalografía, dureza, etc. Combinado con el ambiente corrosivo del tubo del intercambiador de calor, proporciona soporte técnico para la posterior protección anticorrosión del acero inoxidable dúplex.

El acero dúplex (DSS) es un tipo de acero inoxidable en el que la ferrita representa el 50% y la austenita el 30%. Este tipo de acero tiene propiedades tanto del acero inoxidable austenítico como del ferrítico. En comparación con el acero inoxidable ferrítico, este tipo de acero tiene mayor plasticidad y tenacidad, no es frágil a temperatura ambiente y su resistencia a la corrosión intergranular y sus propiedades de soldadura mejoran significativamente; En comparación con el acero inoxidable austenítico, tiene alta resistencia, resistencia a la corrosión intergranular y resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro. Debido a las propiedades mencionadas, el acero inoxidable dúplex se utiliza ampliamente en algunas condiciones de trabajo duras en las empresas petroquímicas. Aunque el acero inoxidable dúplex tiene buena resistencia a la corrosión, en algunos entornos especiales, todavía se producen con frecuencia defectos debido a la corrosión del acero inoxidable dúplex u otras razones. Después de un breve funcionamiento (2 meses) del intercambiador de calor de petróleo crudo y gas de una torre atmosférica de una unidad de destilación petroquímica, se produjeron varias fugas en la zona de las juntas de dilatación de varios cabezales de tubería. Para comprender la causa de la falla por fuga a corto plazo de los tubos de intercambio de calor, se cortó un tubo de intercambio de calor con fugas y un grupo de tubos de intercambio de calor sin fugas del haz de tubos de extracción del intercambiador de calor. Las causas de las fallas se analizaron exhaustivamente mediante análisis de corrosión morfológica, análisis metalográficos, pruebas de dureza y análisis del espectro de potencia para tomar medidas de protección efectivas y evitar accidentes similares.

Análisis de proceso

Las placas y los tubos del intercambiador de calor están fabricados en acero inoxidable dúplex 2205 (0cr22ni5mo3n). El medio es petróleo y gas normales a una temperatura de 80°C. El petróleo y el gas contienen una gran cantidad de H2S, Cl y H2O, lo que provoca la corrosión a baja temperatura de HCl + H2S + H2O en un entorno de medios complejos. A niveles de pH superiores a 7, la corrosión ácida del agua es el mecanismo de daño predominante. Con valores de pH inferiores a 7, la corrosión por ácido clorhídrico es el mecanismo de daño predominante. Además, la presencia de H2S en un ambiente húmedo de sulfuro de hidrógeno conduce a grietas por corrosión bajo tensión en acero al carbono y acero de baja aleación, y los iones cloruro conducen a grietas por corrosión bajo tensión en acero inoxidable austenítico. Debido a que los techos normales utilizan el método de “inyectar tres veces y retirar una vez”, la inyección de amoníaco también puede causar corrosión en la escala NH4Cl.

Análisis de la apariencia y propiedades del material de haces de tuberías con daños por fugas.

Morfología macroscópica

El intercambiador de calor es un intercambiador de calor tubular en forma de U. El tubo curvado es un tubo liso y el tratamiento con solución sólida se lleva a cabo de acuerdo con los requisitos de diseño. El tubo recto es el tubo en espiral procesado mediante laminación. La Figura 1 muestra la morfología del daño por ranura en la pared exterior del tubo de intercambio de calor, y la Figura 2 muestra la morfología del daño por picadura local en la superficie interna del tubo de intercambio de calor.

Fig. 1: Morfología del daño rotacional de una ranura en la pared exterior de una sección de tubería

Fig. 2: Morfología del daño por corrosión local en la superficie interior de una sección de tubería

Las características macroscópicas del espejo y del tubo roto del intercambiador de calor con fugas son las siguientes.
(1) Número y características de distribución de los tubos de fuga en la placa de tubos del intercambiador de calor

• 1) Hay más de 30 tubos con fugas en la placa de tubos;
• 2) La ubicación del tubo de fuga es irregular.

(2) Se investigaron las características del daño por mecanizado en la superficie exterior de los tubos de intercambio de calor.
Hay muchos defectos de rodamiento en la superficie exterior de la ranura giratoria del tubo de intercambio de calor con fugas. Aunque hay muchos defectos, la profundidad de los defectos es relativamente pequeña, lo que obviamente no es la causa del agrietamiento y fuga del tubo de intercambio de calor en una operación a corto plazo, pero no se puede descartar que continúe expandiéndose en el largo plazo. funcionamiento a largo plazo del dispositivo.
(3) Se examinaron las características del daño por corrosión de la superficie interior del tubo de intercambio de calor.
La corrosión por picaduras ocurre más comúnmente en la superficie interna de la tubería, cerca de la placa de la tubería. A medida que aumenta la distancia desde la placa del tubo, la corrosión por picadura disminuye gradualmente. La pequeña profundidad de la corrosión en la superficie interior del tubo de intercambio de calor no debe ser la causa de grietas y fugas a corto plazo en el tubo de intercambio de calor.
Análisis metalográfico
La estructura local de la sección transversal y longitudinal de la sección del tubo se examinó con un microscopio metalográfico, como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4. La estructura de la matriz está compuesta de precipitados de ferrita y austenita en bandas, el número de las dos fases es aproximadamente igual y los precipitados de austenita se distribuyen en bandas a lo largo de la dirección de laminación del tubo de acero.

Fig. 3 Microestructura local y morfología de microfisuras de la sección transversal de una sección de tubería.

Fig. 4 Microestructura local y morfología de microfisuras de la sección longitudinal de la sección del tubo.

Hay microfisuras longitudinales en la superficie interior del tubo de calor. La longitud radial de estas microfisuras es corta (dentro de 150 μm), pero su número es grande. Además, se descubrió que la microestructura de las microfisuras en la pared interior es diferente de la del tubo de acero inoxidable dúplex normal. En el área de la microgrieta, hay una capa delgada (menos de 100 μm) a lo largo de la pared del tubo con una estructura de bandas que se asemeja a una capa de cristal columnar. Las microfisuras en la pared interior se distribuyen esencialmente entre los límites en bandas de esta fina capa, que se asemeja a una capa cristalina columnar. La presencia de microfisuras longitudinales reduce la capacidad de carga, especialmente la capacidad de deformación plástica y el rendimiento de soldadura de los tubos intercambiadores de calor.
Hay una banda de deformación claramente visible cerca de la ranura en espiral en la superficie exterior de la sección del tubo, y la dirección de la banda de deformación rodea completamente la ranura en espiral mecanizada mediante laminación. Además, se encontró que hay grietas por laminación de aproximadamente 100 μm de largo en el fondo de algunas ranuras en espiral, lo que indica que la presión de laminación es muy alta. La presencia de una zona de deformación giratoria indica que el tubo de intercambio de calor en espiral no se ha sometido a un tratamiento de recocido para aliviar la tensión en solución después del hilado.

Análisis de composición química.

La composición química se analizó tomando muestras del codo del intercambiador de calor.
Los datos específicos se enumeran en la Tabla 1. Según los resultados del análisis, excepto por las diferencias en los datos de nitrógeno, los componentes restantes cumplen con el estándar de materiales 2205.