Источник информации: Эксплуатация, модернизация и ремонт оборудования в нефтепереабатывающей и нефтехимической промышленности. Реферативный сборник
Сварка трубных элементов из хромомолибденовых сталей типа Х5М и Х2М1 осуществляется по перлитному или аустенитному вариантам. При перлитном варианте сварки электродами соответственно ЦЛ-17 и ЭГЛ-8 (с предварительным подогревом кромок и последующей термообработкой стыков) металл шва идентичен основному металлу, (поэтому никаких "Коррозионных проблемне возникает. Однако соблюдение (режимов подогрева и термообработки перлитных сварных стыков в условиях монтажа и ремонта оборудования на открытой площадке весьма затруднено, а уже незначительное отклонение от оптимальной технологии сварки, как правило, приводит к появлению холодных трещин в сварных соединениях.
Применение для сварки хромомолибденовых сталей электродов аустенитного класса гарантирует отсутствие холодных трещин и исключает необходимость в термообработке, что значительно упрощает и ускоряет монтаж и ремонт, но в этом случае в электрохимическом отношении шов резко отличается от основного металла и поведение такого сварного стыка в коррозионно-активных средах нуждается в тщательной проверке.
Наиболее вероятным и опасным видом разрушения аустенитных сварных соединений сталей типа Х5М и Х2М1 в агрессивных средах является коррозионное растрескивание под напряжением как металла шва, так и прилегающего к нему основного металла. Насколько вели-ка такая опасность, в каких средах и при каких условиях она практически реализуется для оборудования нефтехимпереработки — эти вопросы — предмет исследований авторов.
Проведенный статистический анализ случаев разрушения аустенитных сварных соединений трубопроводов из сталей типа Х5М и Х2М1 на многих предприятиях отрасли позволил выявить ряд закономерностей, свидетельствующих об участии коррозионных факторов в возникновении разрушений. Было выяснено, что: наибольшее число эксплуатационных разрушений аустенитных сварных соединений (в % от общего числа таких соединений) приходится на процессы первичной переработки нефти. Далее следуют процессы гидроочистки и крекинга. Очень редки случаи разрушений на установках селективной очистки масел и каталитического риформинга обессеренного сырья; в процессах первичной переработки нефти сквозные поражения чаще всего наблюдаются на трансферных линиях от печи П-1 до колонн К-1, К-2, линиях бензиновых погонов колонн К-1 и К-2 после конденсатора, среды которых содержат сероводород и хлористый водород в присутствии конденсированной воды. Отмечены случаи коррозионного растрескивания на трубопроводах подщелоченной нефти от мест ввода щелочи до эвапораторов; в процессах гидроочистки растрескивание аустенитных сварных соединений характерно для низкотемпературных трубопроводов продуктов гидрогенизации, содержащих сероводород и конденсированную влагу; для трубопроводов высокотемпературных технологических сред число разрушений относительно невелико и они обычно наблюдаются на остаточных продуктах (мазуте, гудроне, крекинг-остатке и др.), что, по-видимому, связано с наличием в последних хлористых солей и едких щелочей, способных отлагаться на стенках трубопроводов и оказывать коррозионное воздействие главным образом при остановках процесса и пропарке оборудования; число разрушений на угловых швах приварки отводов, перемычек и т. п. значительно выше, чем на кольцевых швах прямых участков трубопроводов. Это, очевидно, вызвано повышенным уровнем напряжений и большей вероятностью дефектов сварки в таких соединениях.
С целью оценки опасности коррозионного растрескивания аустенитных сварных соединений, выполненных различными электродами, в основных агрессивных средах нефтепереработки были проведены лабораторные электрохимические исследования и испытания на коррозию под напряжением.
Для сварки образцов из сталей 15Х5М и 12Х2М1 использовали электроды ОЗЛ-6 (Х23Н13), АНЖР-3 (Х25Н25), АНЖР-2 (Х25Н40М7), АНЖР-1 (09Х25Н60М10), ЦТ-36 (Н60М7Г7), для стали 15Х5М еще и ОЗЛ-8 (Х19Н9). Одновременно с такими образцами для сравнения испытывали образцы, заваренные по рекомендуемой технологии электродами ЦЛ-17 (10Х5М) для стали 15Х5М и электродами ЭГЛ-8 (Х2М1) для стали 12Х2М1, а также несварные. Испытания проводили в кипящих 20 и 40%-иых растворах едкого натра, 44%-ном растворе хлористого магния (154°С), растворе хлористых солей, содержащем 30 г/л М^С12, 90 г/л СаС12 и 180 г/л ЫаС1 (106°С), насыщенных сероводородом растворах хлористого натрия (200 г/л) и уксусной кислоты (0,5%) при температурах 50 и 35°С. Использовались методы испытаний при постоянной скорости деформации (1,22- •Ю-4с-1) и постоянной деформации (0,5; 2 и 5%); кроме того, испытывались жесткие образцы с остаточными сварочными напряжениями.
У элементов сварного соединения (шов — зона термического влияния — основной металл) в вышеназванных растворах снимались поляризационные диаграммы потенцио- дннамического типа, а также измерялся электродный потенциал капельным методом под слоем углеводорода (керосина). Выполненные исследования и испытания показали, что наиболее опасные с точки зрения вероятности возникновения трещин в сварных соединениях являются среды, содержащие влажный сероводород. Трещины обычно развиваются по зоне сплавления, а при сварке электродами типа ЭА-1 и ЭА-2 — ив металле шва.
В горячих растворах гидроокиси натрия (до 125°С) растрескивается околошовная зона, при повышении температуры возможно и растрескивание металла шва. Несколько менее опасны горячие растворы хлористых солей, хотя в случае сварки электродами типа ЭА-1 и ЭА-2 наблюдалось образование трещин в металле шва. Снижение рН среды ускоряет растрескивание в сероводорсодержащих растворах, в том же направлении действует повышение уровня напряжений и степени деформации металла. Применение для сварки высоконикелевых электродов типа АНЖР-2 практически устраняет опасность растрескивания металла шва, однако некоторая вероятность образования трещин вблизи линии сплавления остается. Разрушение в данном случае происходит по механизму водородного охрупчивания зоны термовлияния сварного соединения, а последнее наиболее интенсивно протекает в сероводородсодержащих средах.
Сварные соединения сталей 15Х5М и 12Х2М1, выполненные электродами перлитного класса (соответственно ЦЛ-17 и ЭГЛ-8) с последующей термообработкой стыка, не подвергаются коррозионному растрескиванию ни в одной из испытанных сред. Проведенная работа позволила оценить эксплуатационную надежность сварных соединений трубопроводов из хромомолибденовых сталей в различных средах и разработать рекомендации по применению электродов аустенитного и перлитного классов при сварке указанных трубопроводов в основных процессах нефтехимпереработки.