脫油脫萘塔鼓包的原因分析及處理

董 璐，李林賢

(陜西省石化壓力容器檢驗站，陜西 西安 710054)

脫油脫萘塔鼓包的原因分析及處理

董 璐，李林賢

(陜西省石化壓力容器檢驗站，陜西 西安 710054)

在對某化工廠脫油脫萘塔進行全面檢驗時，發(fā)現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。通過對鼓包區(qū)域材質(zhì)進行分析，了解了容器鼓包對安全運行的影響，并結(jié)合運行情況，查找鼓包原因，提出相應(yīng)對策。

珠光體球化；超溫；鼓包

2016年我站對某化工廠的脫硫脫萘塔進行定期檢驗過程時，經(jīng)現(xiàn)場宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)存在明顯的鼓包情況，鼓包是壓力容器長期在高溫高壓的環(huán)境下工作，發(fā)生材質(zhì)劣化最明顯的表現(xiàn)。我們對此缺陷作了進一步檢測，分析了鼓包產(chǎn)生的原因，并提出了預(yù)防措施。

1 容器基本情況

該脫硫脫萘塔2015年3月制造出廠，2015年9月投入使用。設(shè)計壓力0.5 MPa，設(shè)計溫度60/再生265 ℃，容器類別為Ⅱ類，容器規(guī)格￠3800×20305 mm，壁厚為16 mm，材質(zhì)為Q245R。塔內(nèi)實際工作壓力為0.45 MPa，工作溫度40/再生250 ℃,工作介質(zhì)為焦爐氣(再生過熱蒸汽)。

2 檢驗過程

2.1 宏觀檢查

該塔在環(huán)焊縫H1上約800mm處存在明顯的鼓包情況(圖1)，鼓包區(qū)域為600mm×400mm，鼓包最嚴重處鼓起高度12mm，鼓包處外表面存在高溫氧化腐蝕現(xiàn)象。

圖1 現(xiàn)場鼓包區(qū)域照片

2.2 壁厚測定

用MX-3測厚儀對鼓包區(qū)域和正常區(qū)域分別進行壁厚測定，每個區(qū)域選取兩處進行壁厚測定，壁厚測定位置示意圖見圖2，測定結(jié)果見表1。

圖2 壁厚測定部位示意圖

檢測區(qū)域具體位置規(guī)格/mm壁厚測量值/mm壁厚減薄率/%鼓包區(qū)域第一點第二點DN3800×1615.4815.373.253.93正常區(qū)域第三點第四點DN3800×1615.8315.851.060.93

經(jīng)對比可見，鼓包區(qū)域壁厚值略低于正常區(qū)域0.35～0.48mm。

2.3 硬度檢測

用HT-1000A型便攜式里氏硬度計，檢測位置為鼓包區(qū)域與正常區(qū)域，每個區(qū)域選取兩處分別進行硬度檢測(位置與壁厚測定位置相同)，檢測前對檢測部位進行機械打磨，并用120號砂紙進行細磨，在每一個硬度測點部位進行不少于三次的布氏硬度測量。檢測結(jié)果見表2。

表2 硬度檢測結(jié)果

經(jīng)對比可見，鼓包區(qū)域硬度值明顯較正常區(qū)域偏低。

2.4 金相檢驗

采用現(xiàn)場覆膜金相進行檢驗。儀器型號：GX71，腐蝕方法：4%硝酸酒精擦拭，拋光方法：機械磨拋，并用120號砂紙進行細磨。對鼓包區(qū)域與正常區(qū)域分別進行金相檢驗，檢驗位置與壁厚測定位置相同。檢驗結(jié)果顯示：金相組織均為鐵素體+珠光體，鼓包區(qū)域的珠光體比正常區(qū)域的珠光體明顯減少。鼓包區(qū)域晶界及鐵素體基體上的球狀碳化物已逐漸長大，球化現(xiàn)象明顯，珠光體球化4～5級，屬完全球化。材質(zhì)金相組織照片如圖3～圖6所示，檢驗結(jié)果見表3。

圖3 J1鼓包區(qū)域顯微組織形貌

圖4 J2鼓包區(qū)域顯微組織形貌

圖5 J3正常區(qū)域顯微組織形貌

檢測區(qū)域具體位置金相編號檢驗結(jié)果照片標號鼓包區(qū)域第一點第二點J1J2珠光體形態(tài)消失,晶界及鐵素體基體上的球狀碳化物已逐漸長大,球化4～5級。珠光體形態(tài)消失,晶界及鐵素體基體上的球狀碳化物已逐漸長大,球化4～5級。圖3圖4正常區(qū)域第三點第四點J3J4珠光體區(qū)域中的碳化物開始分散,珠光體形態(tài)明顯,球化2級。珠光體區(qū)域中的碳化物開始分散,珠光體形態(tài)明顯,球化2級。圖5圖6

圖6 J4正常區(qū)域處顯微組織形貌

2.5 檢驗結(jié)果分析

(1) 鼓包區(qū)域的壁厚略薄于正常區(qū)域；

(2) 鼓包區(qū)域的硬度值均低于正常區(qū)域的硬度值；

(3) 鼓包區(qū)域的金相組織球化嚴重，參照DL/T 884-2004《火電廠金相檢驗與評定技術(shù)導(dǎo)則》、DL/T 787-2001《火力發(fā)電廠用15CrMo鋼珠光體球化評級標準》確定球化4～5級，屬于完全球化；正常區(qū)域組織球化2級，屬于輕度球化。兩者相比較，差異明顯。

2.6 處理意見

TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第8.5.2條第(3)款中規(guī)定“發(fā)現(xiàn)存在表面脫碳、滲透、石墨化、回火脆化等材質(zhì)劣化現(xiàn)象以及蠕變、高溫氫腐蝕現(xiàn)象，并且已經(jīng)產(chǎn)生不可修復(fù)的缺陷或者損傷時，根據(jù)損傷程度，定為4級或者5級”。

根據(jù)檢驗結(jié)果顯示，鼓包區(qū)域金屬基體顯微組織，老化嚴重，硬度明顯降低，已不能滿足安全運行的要求，安全狀況等級定為5級，要求該容器停止運行。

3 原因分析

GB/T 30579-2014《承壓設(shè)備損傷模式識別》中對珠光體球化損傷機理的描述為：材料在高溫(440℃～760℃)長期使用過程中，珠光體中滲碳體(碳化物)形態(tài)由最初的的層片狀逐漸變成球狀的過程。鋼材加熱到一定溫度時，珠光體中的片狀滲碳體獲得足夠的能量后局部溶解，斷開為若干細的點狀滲碳體，彌散分布在奧氏體基體上，同時由于加熱溫度低和滲碳體不完全溶解，造成奧氏體成分極不均勻。以原有的細碳化物質(zhì)點或奧氏體富碳區(qū)產(chǎn)生的新碳化物為核心，形成均勻而細小的顆粒狀碳化物，這些碳化物在緩冷過程中或等溫過程中聚集長大，并向能量最低的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，形成球狀滲碳體。珠光體球化的主要影響因素有兩點：

(1) 溫度：隨溫度升高，球化加速，如454℃時發(fā)生球化需數(shù)年，552℃時發(fā)生球化僅需幾小時；

(2) 微觀組織：退火鋼的抗球化性能比正火鋼強，粗晶粒鋼的抗球化性能比細精粒鋼強，硅鎮(zhèn)靜鋼的抗球化性能比鋁鎮(zhèn)靜鋼強。

在檢驗過程中，我們通過翻閱該容器運行記錄，并經(jīng)問詢作業(yè)人員了解到：2016年5月，該臺容器在進行吸附劑再生作業(yè)過程中，在實際操作溫度為550℃以上(超過允許最高工作溫度300 ℃)的狀態(tài)下，持續(xù)運行40分鐘。該臺容器主體材質(zhì)為Q245R。查閱相關(guān)資料可知，Q245R的最高使用溫度為475℃。本次操作溫度亦遠高于Q245R的最高使用溫度，屬于超溫運行。

通過硬度檢測、金相檢驗等技術(shù)手段及現(xiàn)場運行情況分析，得出以下結(jié)論：該容器發(fā)生鼓包的根本原因是超溫運行。操作溫度的升高，加快了Q245R的球化速度，珠光體完全球化；材料因球化而強度降低的同時，延展性一般會增大，應(yīng)力集中區(qū)域會發(fā)生變形，從而形成鼓包。

4 預(yù)防措施

為了防止此類缺陷的發(fā)生，筆者認為可從以下幾個方面著手。

(1) 對于需要加熱的壓力容器應(yīng)嚴格控制其操作溫度，加強對溫控系統(tǒng)的檢查。

(2) 認真進行年度檢查。重視對容器運行記錄等資料的審查，重點關(guān)注可疑的溫度、壓力數(shù)據(jù)。

(3) 堅持定期檢驗。按規(guī)程要求進行全面檢驗，檢驗時應(yīng)剝除容器外表面的全保溫，以防止鼓包、腐蝕、減薄類缺陷的漏檢。

[1] 國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局.TSG 21-2016 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京：新華出版社，2016.

[2] 全國鍋爐壓力容器標準化技術(shù)委員會.GB/T 30579-2014 承壓設(shè)備損傷模式識別[S].北京：中國標準出版社，2014.

(本文文獻格式：董 璐，李林賢.脫油脫萘塔鼓包的原因分析及處理[J].山東化工，2017，46(04)：91-93.)

The cause of the Oil Removing Naphthalene Tower Beat off Analysis and Processing

DongLu，LiLinxian

(Shaanxi Petrochemical Pressure Vessel Inspection Station，Xi'an 710054，China)

In a chemical plant oil removing naphthalene tower off to conduct a comprehensive inspection, found that bulge phenomenon. Through the analysis of bulge area material, understand the container bulge influence on safe operation, combining operation, find the bulge reasons, put forward the corresponding countermeasures.

pearlite spheroidization；overtemperature；bulge

2016-12-27

董 璐(1984—)，山西應(yīng)縣人，工程師，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為陜西省石化壓力容器檢驗站檢驗室主任，主要從事承壓設(shè)備檢驗。

TQ545

A

1008-021X(2017)04-0091-03