甲醇一氧化碳轉化管道焊縫裂紋的宏觀和微觀分析以及裂紋中腐蝕產物的X射線分析表明，SUS304厚壁不銹鋼管道易產生微裂紋和過敏等缺陷。在焊接過程中，焊縫部位是厚壁不銹鋼管應力腐蝕開裂的重要內因，而在高溫、高水分、中等氧氣和含有微量氯離子的水氣介質中是重要的外源。壓力。不銹鋼管道腐蝕開裂溫差引起的熱應力是管件疲勞開裂的另一個重要外部原因。使用鉻鉬低合金鋼管道輸送熱水氣適宜有效，但抗均勻腐蝕能力低，必須在生產過程中加強監控，確保安全。

江蘇索普（集團）有限公司于2009年10月投資600kt/a醋酸生產裝置，建設煤制CO氣生產工藝和550kt/a甲醇項目，實現產能和工藝技術。新的飛躍。但是新設備在啟動過程中出現了很多問題，直到次年8月設備才穩定下來。統計數據顯示，該機組在過去一年的啟動和調試過程中起停次數近20次，除了供電和供氣問題外，另一個主要問題是CO轉化段經常從管道彎頭處泄漏，尤其是E15101轉爐在換熱器中，一段長達近40m的不銹鋼管（PG-15108）直到R15101經常泄漏。 1PG-15108管道概述PG-15108管道為609.6mm24mm SUS304鋼管，彎頭也是有縫彎頭，材料成分分析結果見表1。

除了Cr含量比國家標準略低外，均在正常范圍內。此外，供應要求管材在成型后進行固溶處理。被測表面硬度（HB）不超過187。該管道用于輸送轉化前的工藝氣體，工藝氣體在E15101換熱器中被轉化后的熱氣加熱，然后通過PG-15108輸送到R15101轉化爐進行催化轉化。頻繁泄漏主要發生在管道中的幾個彎頭、三通和管道焊縫處。 PG-15108管道中工藝氣體的溫度、壓力和成分如表2所示。由于生產設備等方面的不穩定，管道內工藝氣體溫度起初波動較大，最高溫度可能暫時達到400或500。由于漏水等各種原因，設備斷電又通電，不到六個月就陸續更換了漏水的彎頭和三通。從更換的管件宏觀上看，304不銹鋼管的焊縫區域存在問題（見圖1）。管道圓周焊縫切割。裂紋如此之大，以至于肘部內表面至少出現了一條約60 厘米長的裂紋（見圖2）。

2 裂紋的宏觀和微觀分析

通過觀察從PG-15108管道上拆下的管件的泄漏點，從宏觀上看，裂紋可分為兩種。第一類是沿管件縱向焊縫熱影響區和熔合線附近的裂紋，第二類是垂直于焊縫的多個平行裂紋（軸向分布裂紋）。為此，選取了與上述兩類裂紋有關的若干樣品進行冶金磨削，顯微圖像清楚地顯示了三種裂紋。出現裂紋（見圖3）。裂紋是典型的晶界裂紋，看起來有一部分晶粒即將脫落，是通過材料的敏化而沿晶體發展的裂紋。第二種裂紋是在圓周焊縫的單個分支中出現的軸向分布的裂紋。裂紋區的精細金屬結構表明，沿焊縫熱影響區等軸晶界沉積的離散碳化物顯得部分敏感（見圖4）。同時，在管接頭內壁均發現了晶間腐蝕疲勞起始裂紋和晶間腐蝕起始裂紋，證明材料的局部敏化與開裂密切相關。由于可變載荷和腐蝕的作用而產生的平行裂紋典型的腐蝕疲勞裂紋。

第三種裂紋是在圓周焊縫根部產生裂紋并開始沿圓周方向開裂的裂紋。焊縫左右兩側的顯微截圖如圖5所示。放大右邊的截圖（見圖6），顯然裂紋從內壁焊縫的根部開始，在熔合線處發展到深度。在粗裂紋的兩側（方向紅色箭頭），大量的出現了細小的顆粒。引發裂紋，有些仍沿晶界開始。

3 裂紋腐蝕產物分析

裂紋腐蝕產物的X射線分析表明，腐蝕產物中含有大量的氧、硫和少量的氯（見圖7）。

4 裂紋成因分析

根據文獻[1]，304不銹鋼管的熱膨脹系數約為低碳鋼的1.35倍，在焊接過程中受熱，使結構容易膨脹，收縮變形和應力大發生。奧氏體不銹鋼在焊接過程中對熱裂紋敏感，形成初始微裂紋，同時304奧氏體不銹鋼的導熱系數約為低碳鋼的1/3，因此焊接部位的熱量不易從焊接部位傳出。部分熱影響區長期保持在450~850，碳過飽和溶解在奧氏體晶粒中并迅速向晶界移動，晶粒間出現碳化鉻析出，造成鉻貧化晶界附近形成區（鉻）。移動速度慢）。所謂奧氏體不銹鋼的敏感性。如果在缺鉻區域Cr的質量分數低于11.7%，則難以鈍化，耐蝕性差，腐蝕介質和應力在共同作用下被優先腐蝕，導致應力腐蝕開裂（SCC）。 ) 發生在晶界。焊接材料可在1050~1150進行固溶熱處理以解決焊縫敏感性問題和熱處理以解決焊縫中的殘余應力問題，但它們在制造中只能在一些小零件上進行加工。在設備安裝現場對管道和管件的焊縫進行固溶處理非常困難。可以進行輕微的去應力熱處理，但對于SUS304不銹鋼，部分區域的溫度始終在反應溫度范圍內，所以焊縫基本不進行去應力熱處理是不言而喻的。為了達到24 毫米厚的管子，由于焊接過程中的焊道較深，因此必須進行多層焊接。焊縫和熱影響區析出晶間碳化物，同時，在焊縫結晶后期，奧氏體柱狀晶與枝晶之間殘留一些低熔點液態共晶或化合物，拉應力晶間產生裂紋。焊縫的收縮和變形。由于熱處理設備、管理和技術水平的差異，即使在生產工廠中，焊接應力作用下的初始微裂紋也可能無法完全解決。但是，經過工廠固溶熱處理的接頭焊縫在外觀上的裂紋明顯少于未經熱處理的原位焊縫。它們不能被熱處理。

現場發現了一個顯著現象：PG-15108與PG-15109管線相鄰，兩者材質和生產要求相同，來自同一家供應商，但PG-15109在使用過程中沒有開裂和泄漏。 PG-15109管道與PG-15108輸送介質配置基本相同，區別在于PG-15109用于輸送轉化后的工藝氣體。由于經過轉化爐的轉化，氣體中的水分減少了80%以上，但溫度比PG-15108轉化前的氣體溫度高出100C以上。因此，載體介質中存在水蒸氣、充足的氧氣以及微量的Cl-和H2S是PG-15108管道SCC裂解的重要外部因素。

三、裝置啟動及工藝溫度控制不穩定，有時會出現短時間過熱運行，變化引起的溫差應力是一種疲勞應力，是工藝管彎頭、在這個區域，焊縫很多，但是焊縫本身就存在嚴重的缺陷，所以腐蝕介質的結合作用很快就會開裂而失效。

5 故障排除

由于SUS304奧氏體不銹鋼在焊接時的高溫開裂性能，特別是在厚管的焊接過程中，以及輸送介質中不可避免的水分、氧和氯離子，材料選擇的方法是首要問題。應該考慮到，而且這個問題，兄弟廠商也遇到并解決的很好。根據納爾遜曲線，15CrMo鋼可以在350以下的氫氣環境中使用，當然也有報道說它已經使用了10年以上[2]，成本是SUS304的一半。因此，甲醇裝置運行10個月后，將PG-15108不銹鋼管道完全更換為15CrMo低合金鋼管道。更換時，使用專業的安裝單位，從焊縫預熱到焊接過程保護、最終應力消除等熱處理進行嚴格的過程控制，100%X射線檢測合格。當然，15CrMo是一種低合金耐熱鋼，其對H2S和CO2的高溫均勻腐蝕能力是SUS304奧氏體不銹鋼無法比擬的。加強對H2S 高溫重腐蝕區管道壁厚的監測是未來設備管理的重要任務。

6 結束語

(1) SUS304奧氏體不銹鋼，特別是厚壁材料，在切割和焊接時容易產生微裂紋和晶界碳化物析出，不適合現場消除焊接應力，因此焊縫區殘留面積大焊接后。材料是焊接的，焊接應力是SCC 的重要內部來源。

(2)工藝介質中含有大量的水蒸氣、充足的氧氣、硫化氫和少量的Cl-，是SUS304不銹鋼在300左右產生SCC的重要外源。

(3)生產調試過程控制不穩定，溫度急劇變化引起的疲勞應力是導致SUS304不銹鋼腐蝕開裂的另一個重要外因。

15CrMo低合金鋼適用于300左右的氫環境，對含氧和Cl-的水蒸氣的應力腐蝕不敏感。但是，由于含H2S的熱氣的侵蝕有較大的均勻腐蝕傾向，因此在生產和應用中需要加強監測和定期檢查。