楊 旭 西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院

中變氣分水罐的檢驗(yàn)與缺陷成因

楊 旭 西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院

1 基本概況

在對(duì)某石化企業(yè)制氫裝置的壓力容器進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，有4臺(tái)露天安裝的中變氣分水罐支腿外表面銹蝕非常嚴(yán)重。經(jīng)詢(xún)問(wèn)安全管理人員確認(rèn)，該制氫裝置自安裝竣工后投用了6個(gè)月后便停用了5年。打開(kāi)容器保溫層，發(fā)現(xiàn)容器外表面亦嚴(yán)重腐蝕。經(jīng)過(guò)對(duì)腐蝕層進(jìn)行打磨后發(fā)現(xiàn)，在容器的外表面存在直徑為φ3～8mm、深度約為1～3mm、面積100%的均勻腐蝕坑，其中下封頭腐蝕狀況尤甚。該4臺(tái)容器的質(zhì)量證明書(shū)中基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 中變氣分水罐基本參數(shù)

使用超聲波測(cè)厚儀從容器外表面對(duì)母材進(jìn)行壁厚測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2數(shù)據(jù)可以看出，中變氣第二分水罐的實(shí)測(cè)筒體厚度存在嚴(yán)重異常；第三分水罐的封頭及筒體實(shí)測(cè)厚度與質(zhì)量證明書(shū)所給出的厚度不符，懷疑是因復(fù)合板部分結(jié)合處脫焊所致。為了確定第三分水罐實(shí)測(cè)壁厚與質(zhì)量證明書(shū)所給厚度存在較大差異的成因，從內(nèi)表面對(duì)其疑似脫焊處進(jìn)行壁厚測(cè)定，所得厚度為2.9～3.0mm。基于此，可以確定第三分水罐基材復(fù)合板發(fā)生了部分結(jié)合處脫焊現(xiàn)象。

表2 容器壁厚數(shù)據(jù)

為了確定表2中第二分水罐實(shí)測(cè)厚度的可靠性，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行復(fù)測(cè)。測(cè)厚位置如圖1所示，在容器外表面沿縱縫、環(huán)縫以及交叉方向，將母材打磨為寬度100mm“米”字形、并露出金屬光澤，用測(cè)厚儀在容器外表面進(jìn)行連續(xù)測(cè)厚，約采集數(shù)據(jù)600個(gè)。其絕大部分厚度分布在1.6～4.4mm，小部分在14.4～16.8mm范圍。在容器內(nèi)表面測(cè)厚數(shù)據(jù)為13.1～16.7mm，可見(jiàn)筒體實(shí)測(cè)厚度與質(zhì)量證明書(shū)所給出的厚度不符，且該復(fù)合板基材內(nèi)部存在大面積分層，而外表面測(cè)厚1.6～4.4mm數(shù)據(jù)分布不連續(xù)現(xiàn)象是表面腐蝕坑造成的。

圖1 超聲測(cè)厚位置示意圖

由于該4臺(tái)容器質(zhì)量證明書(shū)與實(shí)物厚度不符，且從外表面的腐蝕情況看來(lái)，與同樣工況其它16MnR材質(zhì)的容器相比，腐蝕速率過(guò)大，因此懷疑復(fù)合板材質(zhì)有問(wèn)題。分別在每臺(tái)容器外表面選10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行打磨，采用SPECTROTEST CCD光譜儀進(jìn)行光譜分析，Mn含量很低，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 Mn含量

2 腐蝕產(chǎn)物及成因分析

容器外表面腐蝕產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射分析，腐蝕產(chǎn)物的物相主要為Fe2O3。該4臺(tái)容器的介質(zhì)是中變氣，由轉(zhuǎn)化爐送來(lái)的轉(zhuǎn)化氣含13.3%左右的CO，經(jīng)過(guò)中溫變換反應(yīng)器變換的作用是使CO在高溫和催化劑存在的條件下，與水蒸汽反應(yīng)生成CO2和H2，生成了需要的原料氫氣。而經(jīng)由中溫變換反應(yīng)器變換后的氣體叫做中變氣，在制氫裝置現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)有閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)造成的泄漏現(xiàn)象，CO2含量較高。這樣容器就處于酸性環(huán)境下，容器外表面包覆著巖棉和鋁皮，雨水或冷凝水存在于鋼材外表面，很難蒸發(fā)掉。于是在容器外表面發(fā)生吸氫腐蝕現(xiàn)象，構(gòu)成無(wú)數(shù)個(gè)原電池，負(fù)極（Fe）：鐵被氧化Fe-2e=Fe2+；正極（C）：溶液中的H 被還原2H+2e=H2↑，隨后不穩(wěn)定的Fe2+被氧化為Fe3+，即Fe2O3。CO2含量越高，溫度升高，腐蝕速度加快，而產(chǎn)生的H2還有可能對(duì)鋼板造成氫損傷。

3 結(jié)論

GB713 《鍋爐和壓力容器用鋼板》 中Q345R（原16MnR）的Mn含量要求為1.20%～1.60%，顯然該4臺(tái)容器基材不是質(zhì)量證明書(shū)中所給出的16MnR材料，加之基材存在大面積分層、復(fù)合板結(jié)合處部分脫焊等情況，強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的使用工況。故經(jīng)本次檢驗(yàn)，壓力容器的安全狀況等級(jí)定為5級(jí)，要求用戶(hù)停止使用。

2013－08－06）