尿素合成塔泄漏失效案例分析

陳玲 孔令雷（化學(xué)工業(yè)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）

尿素合成塔泄漏失效案例分析

陳玲 孔令雷（化學(xué)工業(yè)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）

針對一起尿素合成塔襯里泄漏事故，制定了檢驗方案，按方案實施檢驗，發(fā)現(xiàn)缺陷和泄漏原因；并對缺陷產(chǎn)生原因進行了分析。尿素級不銹鋼中的夾雜物部位發(fā)生孔蝕，是本次泄漏的根本原因。

尿素合成塔；襯里；泄漏；夾雜物；孔蝕

0 引言

某化工有限責(zé)任公司尿素合成裝置（水溶液循環(huán)法）所屬2#尿素合成塔在2013年4月開車期間，巡檢人員發(fā)現(xiàn)上數(shù)第三筒節(jié)檢漏管口有大量物料噴出，尿塔襯里發(fā)生泄漏，隨即緊急停車。由公司設(shè)備管理部門委托我中心進行查漏并進行定期檢驗。以下結(jié)合查漏、檢驗過程對本次泄漏事故進行案例分析。

1 尿素合成塔技術(shù)資料

尿素合成塔是尿素生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵設(shè)備，水溶液全循環(huán)型工藝中的尿素合成塔的化學(xué)反應(yīng)主要分兩步，第一步是二氧化碳和液氨自下封頭進入塔內(nèi)，在自下向上流動的過程中反應(yīng)生成甲銨，反應(yīng)式為：2NH3（液）+CO2（氣）==NH4COONH2+ Q ，該反應(yīng)為可逆、放熱反應(yīng)；第二步是甲銨在自下向上流動的過程脫水生成尿素，反應(yīng)式為：

NH4COONH2== CO（NH2）2+H2O-Q ，該 反 應(yīng) 為 可 逆、吸熱反應(yīng)。該臺尿素合成塔的主要技術(shù)資料如下：

設(shè)計單位：南京化學(xué)工業(yè)集團有限公司化工機械廠

設(shè)計規(guī)范：GB9842-88、JO306（IV）、GB150-1998、《容規(guī)》

制造單位：南京化學(xué)工業(yè)集團有限公司化工機械廠

制造規(guī)范：GB9842-88、JO306（IV）、GB150-1998、《容規(guī)》

容器內(nèi)徑：Φ1400mm 容積：48.2m3

封頭型式：球形 支座型式：裙座

主體材質(zhì)：筒體—Q235A（盲層板）+16MnR（多層層板）

封頭—19Mn6

主體厚度：筒體—12+6×1+8×10（層） mm（由內(nèi)到外）

封頭—110mm

內(nèi) 襯：X2CrNiMo18.14.3 mod （筒體 襯 里） 25-22-2LMn（帶極堆焊層）

內(nèi)襯厚度：8mm

設(shè)計壓力：21.57MPa實際操作壓力：20.0MPa

設(shè)計溫度：195℃ 實際操作溫度：180±2℃

工作介質(zhì)：尿液、氨基甲酸液（甲銨） 投用日期：2006年8月

2 查漏及檢驗方案

內(nèi)部檢驗主要內(nèi)容：宏觀腐蝕檢驗、襯里壁厚測定、內(nèi)件壁厚測定、宏觀異常部位鐵素體測定、接管角焊縫滲透檢測等；外部檢驗主要內(nèi)容：壁厚測定、磁粉檢測等；查漏方案：初次查漏時，檢漏系統(tǒng)通入0.1MPa壓縮空氣，內(nèi)部焊縫及襯里母材刷涂肥皂水檢查漏點?？紤]到漏點大小不明，不推薦氨滲漏，否則影響檢驗檢測、作業(yè)人員的安全；漏點查明，返修后，檢漏系統(tǒng)通入0.05MPa氣氨，內(nèi)部焊縫粘貼試紙，噴涂酚酞試劑查漏。

3 內(nèi)、外部檢驗結(jié)果

（1）宏觀腐蝕檢驗主要發(fā)現(xiàn)以下缺陷：

A.筒體襯里母材存在多處腐蝕缺陷，主要為制造時襯里點補焊處腐蝕發(fā)黑，補焊焊肉腐蝕，補焊收弧腐蝕針孔等。（見圖1、圖2）

圖1 襯里母材腐蝕坑， ?28×6mm深（不是漏點）

圖2 襯里母材補焊點腐蝕發(fā)黑、疏松

B.襯里環(huán)、縱焊縫存在刀口腐蝕（局部形成蝕坑）、局部腐蝕針孔（包括塔盤座耳角焊縫）等。（見圖3、圖4）

（2）滲透檢測：下封頭液氨管內(nèi)壁存在18條裂紋，長5.0～10mm。（見圖5）

（3）鐵素體測定：襯里補焊點發(fā)黑部位及蝕坑部位鐵素體含量≥0.6% ，遠大于正常部位（≤0.2%）。

（4）漏點檢查：經(jīng)氣密檢查，發(fā)現(xiàn)上數(shù)第三筒節(jié)襯里距環(huán)焊縫200mm處一微型針孔泄漏，此部位宏觀無異常，也不是補焊部位，針孔直徑很小，幾乎不可見，只在氣密刷涂肥皂水時有氣泡產(chǎn)生。

圖3 襯里環(huán)焊縫腐蝕針孔

圖4 塔盤座耳角焊縫腐蝕針孔

圖5 液氨進口管內(nèi)壁裂紋

（5） 其他檢驗檢測項目：襯里均勻腐蝕速率正常，減薄量在0.15mm/年左右；其他均未見異常。

4 主要缺陷產(chǎn)生原因分析

（1）襯里母材腐蝕缺陷：主要是由于襯里板在運輸、吊裝、儲運、卷制、組對、焊接過程中由于保護措施不利，造成襯里表面劃傷、碰傷、焊接飛濺損傷，制造單位對表面劃傷、碰傷、飛濺損傷進行焊接修復(fù)，由于未能嚴(yán)格執(zhí)行控制焊接工藝，甚至于焊接材料錯用，造成補焊點焊縫金屬鐵素體超標(biāo)，在腐蝕性極強的氨基甲酸銨溶液中，補焊部位耐蝕性顯著下降。以?28×6mm深的腐蝕坑為例，鐵素體測定最高達到5%左右，大大超過了0.6%的合格標(biāo)準(zhǔn)，此處制造時焊接修復(fù)采用的焊材很可能是用來焊接過渡層的焊接材料，屬于焊接材料誤用；其他處腐蝕發(fā)黑疏松、腐蝕坑部位鐵素體基本上也超過0.6%的合格標(biāo)準(zhǔn)，屬于未嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝。 這些缺陷說明制造單位在制造過程中對于一些細節(jié)問題處理不當(dāng)。

（2）液氨進口管內(nèi)壁裂紋：塔內(nèi)部液氨管端部與下封頭帶極堆焊層表面基本持平，相關(guān)研究資料表明，這種結(jié)構(gòu)存在較大的焊接應(yīng)力，另外，溫度較低的液氨自液氨管進入后與溫度較高的物料相混合，液氨管角焊縫溫差較大，存在較大的溫差應(yīng)力。在多種應(yīng)力的共同作用及液氨流體的沖刷作用下，造成液氨管內(nèi)壁裂紋?，F(xiàn)行設(shè)計對此處結(jié)構(gòu)進行了改進，液氨管深入容器內(nèi)的部分不再與封頭內(nèi)表面平齊，而是高出封頭內(nèi)表面20～30mm，這樣使得焊接應(yīng)力與溫差應(yīng)力部位錯開，這種結(jié)構(gòu)的液氨管在檢測時未發(fā)現(xiàn)過裂紋。

（3） 針孔腐蝕及漏點：孔蝕是尿素合成塔腐蝕缺陷中危害較嚴(yán)重的缺陷，一般發(fā)生在焊接金屬部位，如襯里環(huán)縱焊縫、帶極堆焊層、焊接飛濺等部位?？孜g直徑可以從零點幾毫米到數(shù)毫米，有的孔蝕一旦形成，發(fā)展速度很快，可以在較短時間內(nèi)造成腐蝕穿孔泄漏。孔蝕的腐蝕機理是：介質(zhì)中含有硫化物或氯離子，尿液中的氨基甲酸根離子，吸附在滯留區(qū)的金屬鈍化膜表面，取代表面吸附的氧，產(chǎn)生可溶性金屬化合物，破壞了鈍化膜?？孜g的發(fā)生部位一般在：

A. 不銹鋼中的夾雜物和析出相部位；

B. 焊縫表面和近表面氣孔（皮下氣孔）。

對于表面氣孔，一般在出廠時可以基本上檢出并處理，而對于近表面氣孔，一般不易檢出。在使用過程中，隨著焊縫金屬表面鈍化膜的腐蝕消耗，此類氣孔逐步暴露在腐蝕介質(zhì)中，形成微電池腐蝕；對于一些孔蝕，由于氯離子、硫化物、氨基甲酸根離子在氣孔尖端富集，孔蝕可以加速發(fā)展，短時間內(nèi)造成腐蝕穿孔泄漏。

本臺尿素合成塔漏點應(yīng)是產(chǎn)生在襯里板材的夾雜物部位。雖然尿素級不銹鋼板材制造要求極高，但也無法杜絕夾雜物的形成，近表面夾雜物部位很容易成為孔蝕產(chǎn)生的根源。

5 缺陷修復(fù)

對于漏點部位：切除部分板材，檢查碳鋼盲層板的腐蝕情況。由于漏點發(fā)現(xiàn)、處理及時，盲層板腐蝕情況不嚴(yán)重，不需修復(fù)；原部位用新板材焊接修復(fù)。對泄漏的檢漏空間內(nèi)殘余的物料進行沖洗。其他缺陷打磨消除，檢測合格后采用氬弧焊進行修復(fù)。

［1］強天鵬.壓力容器腐蝕［J］.壓力容器檢驗，2015.

［2］水溶液全循環(huán)法尿素合成塔維護檢修規(guī)程［P］，SHS05026-2004.

陳玲（1968- ），女 ，工程師，主要從事壓力容器、壓力管道定期檢驗，無損檢測工作。