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摘要：A335-P11材质的超高压蒸汽管道长期运行会发生珠光体球化，严重影响管道的显微组织和性能，降低其使用寿命。通过金相分析、硬度分析、试验分析对管道目前使用状况进行说明，对采取的措施进行讨论。同时，超高压管道壁厚大、焊接质量要求高，施工质量对装置的正常运行有重要的影响。
关键词：超高压；金相分析；球化
化工高温设备及管道的安全和寿命问题是监督的重要内容，其中，高温管道如超高压蒸汽管线，占有重要的地位。高温管道一般伴随着高压、温度及应力综合作用。金属在高温下长期运行，会发生蠕变和松弛，金属的持久强度和持久韧性会不断下降，金属的金相组织也会发生变化，如引起珠光体球化和碳化物的聚集、石墨化和产生热脆性等。这些材质劣化均会使金属的性能下降，有可能导致高温管道在运行中开裂或爆裂，影响正常生产和造成损失，甚至会引发安全事故。
烯烃部乙烯车间在停车检修期间，现场金相发现存在球化问题，对问题部位全部进行更换返修，共计更换弯头11个，直管段17.7米。
1.基本概况
天津石化烯烃部乙烯装置BA101-105每台裂解炉有两台急冷锅炉，两台急冷锅炉共用一台汽包，2001年新增的CBL-III型炉的四台急冷锅炉共用一个汽包，通过热虹吸产生超高压蒸汽。由汽包来的饱和超高压蒸汽去裂解炉对流段过热到520摄氏度，过热蒸汽的出口温度通过喷入无磷的锅炉给水来调节，超高压蒸汽的压力为122kg/cm2G。
目前，乙烯装置超高压蒸汽管线（SS管线）共计48条，自1995年投入运行，装置停车检修期间，检验发现部分管道存在微观组织和性能发生变化的情况。
检验发现的问题描述
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由此可见，管材长时间在高温高压的环境中工作，材质劣化导致强度不符合可能会衍生一系列的安全隐患，主要体现在珠光体球化，严重的珠光体球化会大大降低管材的力学性能，影响工业生产的正常运行，甚至对人身安全造成危害。
2.原因分析
2.1金相分析
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高压蒸汽管道正常组织 高压蒸汽管道4-5级球化组织
珠光体是由铁素体和渗碳体组成的，在高温（440℃~760℃）长期使用过程中（该管道的工作温度为515℃~520℃），最初的层片状的渗碳体会逐渐溶解，断开为若干的细的点状渗碳体而弥散分布在基体上，此时的碳化物处于不稳定状态而向低能态的稳定碳化物转化，最终形成球状渗碳体。材料的强度和硬度因球化会下降，延展性一般会增大，在应力集中区域材料会发生变形从而导致失效。故材料在高温条件下服役时，需时长对表面进行金相检测或硬度测定来观察材料是否出现球化现象，并及时采取适当措施以防止材料失效。
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高压蒸汽管道表面脱碳
金相分析可以表明管材层状的渗碳体转变为球状，珠光体区形态特征基本消失，表明管材出现了严重的球化。
2.2硬度分析
参考DLT438-2016标准，管材材质A335-P11硬度值130-197HB，而本次检验发现问题的失效管材硬度值为108-126HB。由此可见，在高温高压环境下工作25年后的管材，硬度值明显下降，这主要是因为随着珠光体球化，原来片层状的珠光体转变为球状，随着碳化物不断析出并在晶界处聚集、铁素体中固溶原子越来越少，其固溶强化作用减弱，导致其硬度值大大降低。
硬度分析表明珠光体球化，管材微观组织的变化，使其硬度明显降低，性能出现劣化。
3.采取措施
由于该段管线于1995年投用，使用时间过长，且金相和硬度检测发现高温材质劣化问题，但由于我国对这种材料的有关性能数据甚少，缺乏关于该类高温超高压蒸汽管线的安全性能检测和评价经验和技术，因此，经讨论，采取如下措施：
3.1对存在球化问题的部位，增加超声探伤等检验项目，检查管道本体是否存在裂纹等缺陷。
3.2对膨胀蠕涨测点做好标记，下个大修周期再进行复测，对比该检测位置外径规格的变化值。
3.3对乙烯装置超高压蒸汽管线检验中发现问题的部位全部进行更换返修。更换后的管线，分别抽取1个直管段和1个弯头部位做金相和硬度检测，做好原始数据的积累，作为今后类似工况管道检验报告的数据支撑。
4.施工控制
超高压蒸汽管线焊接工艺严格，焊接作业时间长，热处理周期长，质量要求高。主管线与裂解气压缩机和丙烯制冷压缩机蒸汽透平相连接，法兰口安装的同轴度和平行度要求高，必须达到无应力连接配管，透平对管道内洁要求极严，因此超高压蒸汽管线坡口加工、焊接、热处理、无损检测和安装是整个乙烯装置的重点和难点。
5.结语
超高压蒸汽管线长期在高压高温环境中工作导致的珠光体球化使管道力学性能下降，是管道失效的主要原因。由于超温会严重降低高温管线的安全使用寿命，必须保证超高压蒸汽管线在设计工况条件下运行，且由于该管线材料在常温下较脆，必须加强超高压蒸汽管线开停车的检查与管理，严格控制升温降温升压降压的速度，不可以在较低温度时撞击管道，不可以强制组装。
参考文献
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作者简介
刘佳（1983-）、女、北京、工程师、本科、从事静设备管理工作。