加氫反應(yīng)器定期檢驗(yàn)方案的制定及結(jié)果分析

李昳心，亢春生

（西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院，陜西西安 710065）

0 引言

加氫反應(yīng)器是煉油化工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，承受高溫、高壓、臨氫環(huán)境且造價(jià)昂貴，因其制造工序復(fù)雜，運(yùn)行條件苛刻而導(dǎo)致多種材料損傷，再加上許多設(shè)備超期服役產(chǎn)生各種缺陷，定期檢驗(yàn)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，是保障此類設(shè)備安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

1 加氫反應(yīng)器制造選材和運(yùn)行中的損失模式

加氫反應(yīng)器筒體基層采用的鉻鉬鋼，具有較好的淬火性、高溫加工性、沖擊吸收性及抗高溫氫腐蝕性，但不能耐高溫H2S腐蝕，必須在反應(yīng)器殼體基材上堆焊不銹鋼防腐層。堆焊層一般為雙層，內(nèi)側(cè)堆焊過(guò)渡層（E309L）可阻止表面裂紋向母材擴(kuò)散，表層（E347L）能有效抵抗H2S腐蝕。雖然在設(shè)計(jì)選材上都選用耐熱鉻鉬鋼及防腐堆焊層材料，但仍然可能發(fā)生回火脆化、氫致剝離、氫致裂紋等材料損傷，最終可能導(dǎo)致加氫反應(yīng)器失效。針對(duì)其特殊選材、結(jié)構(gòu)及失效模式制定定期檢驗(yàn)方案。

2 加氫反應(yīng)器檢驗(yàn)方案的制定

某石化廠準(zhǔn)備將一臺(tái)停用狀態(tài)下的加氫反應(yīng)器移裝至外省石化廠，移裝前進(jìn)行定期檢驗(yàn)。裝置基本參數(shù)：容積29.52 m3，內(nèi)徑1800 mm，制造日期2004年1月，高度17 000 mm，設(shè)計(jì)壓力8.4 MPa，最高工作壓力8 MPa，設(shè)計(jì)溫度410℃，使用溫度380℃，設(shè)計(jì)壁厚（筒體60 mm，封頭40 mm），工作介質(zhì)：油、油氣、H2，H2S（2%），主體材料 12Cr2Mo1R+堆焊（堆焊層 TP309L+TP347L≥6.5 mm）。

通過(guò)對(duì)該加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行記錄的審查，保溫層外觀檢驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況以及主要損傷模式，制定定期檢驗(yàn)方案。

（1）宏觀檢驗(yàn)。主要采用目視方法（必要時(shí)利用內(nèi)窺鏡、放大鏡或者其他輔助儀器設(shè)備、測(cè)量工具）檢驗(yàn)壓力容器本體結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、表面情況以及焊縫、隔熱層、堆焊層是否滿足容器安全使用要求。

（2）壁厚測(cè)定。采用超聲測(cè)厚方法，測(cè)定位置應(yīng)有代表性，有足夠的測(cè)點(diǎn)數(shù)。測(cè)定后標(biāo)圖記錄，對(duì)異常測(cè)厚點(diǎn)做詳細(xì)標(biāo)記。若發(fā)現(xiàn)母材存在分層缺陷，應(yīng)增加測(cè)點(diǎn)或采用超聲檢測(cè)，查明分層分布情況以及母材表面的傾斜度，同時(shí)作圖記錄（利用厚度測(cè)量法對(duì)堆焊層的厚度進(jìn)行測(cè)量）。

（3）硬度測(cè)定。對(duì)有材料劣化傾向的容器，通過(guò)硬度定點(diǎn)檢測(cè)監(jiān)測(cè)材料的劣化程度。

（4）磁粉檢測(cè)。對(duì)反應(yīng)器外表面進(jìn)行磁粉檢測(cè)抽查（檢驗(yàn)員認(rèn)為有必要時(shí)增加抽查比例）；所有接管與本體連接焊縫100%；下過(guò)渡段與裙座連接焊縫100%；筒體對(duì)接焊縫及縱焊縫抽查20%；上、下彎管對(duì)接焊縫100%；上彎管吊耳和彎管外部連接角焊縫100%；上人孔固定螺栓以及可拆卸螺栓抽查；制造過(guò)程焊縫返修部位；硬度值偏高的部位；使用過(guò)程中超溫焊縫部位。見圖1。圖中深色部位為磁粉、外表面超聲部位，丁字焊縫3個(gè)方向各500 mm，環(huán)縫區(qū)域程度為1000 mm。

（5）滲透檢測(cè)。對(duì)反應(yīng)器內(nèi)表面進(jìn)行滲透檢測(cè)抽查（檢驗(yàn)員認(rèn)為有必要時(shí)增加抽查比例）；上、下封頭過(guò)渡段內(nèi)表面堆焊層100%；環(huán)焊縫下（上）300 mm內(nèi)表面堆焊層100%；凸臺(tái)堆焊層及其上下各300 mm范圍內(nèi)100%；反應(yīng)器內(nèi)壁堆焊層補(bǔ)焊部位100%；熱電偶套管手工堆焊部位100%；人孔內(nèi)壁堆焊層100%；使用過(guò)程中超溫部位堆焊層；對(duì)不易進(jìn)行磁粉的部位進(jìn)行滲透探傷檢查缺陷，見圖2。圖中深色部位為內(nèi)表面檢測(cè)部位，其中PT1，PT2為初次表面探傷部位，PT3～PT6為擴(kuò)探部位。PT7，PT8為接管內(nèi)表面滲透探傷，探傷范圍為接管周圍200 mm。

（6）埋藏缺陷超聲波檢測(cè)。采用普通超聲，必要時(shí)采用TOFD（Time Of Flight Diffraction,衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)）；外表面筒體環(huán)、縱縫抽查20%；反應(yīng)器上、下封頭焊縫及兩側(cè)各300 mm范圍100%；制造過(guò)程焊縫返修部位；使用過(guò)程中超溫焊縫部位。

（7）必要時(shí)增加射線檢測(cè)、金相檢驗(yàn)、強(qiáng)度校核、耐壓試驗(yàn)等檢驗(yàn)項(xiàng)目。

圖1 磁粉、超聲檢測(cè)部位

3 檢驗(yàn)結(jié)果分析

（1）宏觀檢驗(yàn)時(shí)，隔熱層局部破損，本次檢驗(yàn)時(shí)，外表面隔 熱層已全部拆除，外表面局部銹蝕嚴(yán)重，應(yīng)重新打磨除銹，進(jìn)行防腐和絕熱處理。

（2）埋藏缺陷超聲波檢測(cè)中，斜探頭掃查外表面時(shí)未發(fā)現(xiàn)可記錄的超標(biāo)缺陷；利用直探頭掃查堆焊層剝離時(shí)，未發(fā)現(xiàn)堆焊層剝離缺陷。

（3）內(nèi)表面滲透檢測(cè)時(shí)，下數(shù)第一筒節(jié)發(fā)現(xiàn)表面裂紋1處，長(zhǎng) 25 mm（圖 3），缺陷位置為檢驗(yàn)人員在容器內(nèi)部面向催化劑卸料口，以卸料口中心點(diǎn)為參考點(diǎn)，垂直向上900 mm，水平向右270 mm處。打磨消除后，凹坑最大深度2 mm。經(jīng)擴(kuò)大檢測(cè)比例，未發(fā)現(xiàn)其他裂紋。根據(jù)圖紙要求，堆焊層厚度（TP309L+TP347L）≥6.5 mm，其中347L最小有效厚度3 mm，故該設(shè)備投入使用前，上述凹坑應(yīng)補(bǔ)焊至設(shè)計(jì)圖紙要求的厚度。堆焊層上發(fā)現(xiàn)的表面裂紋為堆焊層氫致裂紋，裂紋由堆焊層向容器母材擴(kuò)展。在本次檢驗(yàn)中，表面裂紋打磨至2 mm，裂紋消除，由此可以推斷該裂紋未穿過(guò)347L堆焊層。現(xiàn)有的研究結(jié)果認(rèn)為，不銹鋼表面裂紋形成機(jī)制可能是：①堆焊層中存在的б相以及在操作中吸氫引起的氫脆使得堆焊金屬脆化。②脆化后的堆焊金屬在熱應(yīng)力、局部應(yīng)力集中或焊接殘余應(yīng)力的作用下，可能萌生裂紋并逐漸擴(kuò)展。

圖2 滲透檢測(cè)及裂紋部位

圖3 內(nèi)表面裂紋

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)針對(duì)性定期檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在役加氫反應(yīng)器運(yùn)行、使用過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷。及時(shí)消除缺陷，排除安全隱患，防止事故的發(fā)生，保證壓力容器在檢驗(yàn)周期內(nèi)的安全運(yùn)行。