冷低壓分離器全面檢驗(yàn)及缺陷處理

周先勤，李飛，汪志福，姚遙，劉程遠(yuǎn)

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司 國(guó)家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230031）

冷低壓分離器用于加氫裝置中，在石油化工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。處于反應(yīng)部分的冷低壓分離器的作用是將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行油、氣、水三相分離，介質(zhì)中含有油、含硫污水、硫化氫、氫氣、少量水，一旦發(fā)生事故就會(huì)給人民生命及國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。因此，嚴(yán)格執(zhí)行《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，按時(shí)對(duì)壓力容器進(jìn)行全面檢驗(yàn)，對(duì)消除隱患有著積極意義。

1 冷低壓分離器概況

某廠柴油加氫精制裝置冷低壓分離器2012年設(shè)計(jì)制造，2014 年5 月投入使用，結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 冷低壓分離器結(jié)構(gòu)圖

冷低壓分離器由殼體、入口裝置、氣液分離裝置（篩孔板）和液位（界位）控制部分組成。

主要技術(shù)參數(shù)見表1。

根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)檢測(cè)規(guī)程》的要求，此次對(duì)該容器進(jìn)行首次全面檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了容器內(nèi)壁多處接管角焊縫出現(xiàn)裂紋。大量檢驗(yàn)實(shí)例證明，首次全面檢驗(yàn)在壓力容器定期檢驗(yàn)中非常重要。通過首次檢驗(yàn)，能夠確定容器是否存在設(shè)計(jì)、制造、安裝缺陷，而且通過對(duì)容器材料的腐蝕性檢測(cè)（宏觀檢測(cè)、測(cè)厚等）能確定材料與介質(zhì)的相容性。用戶根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和檢驗(yàn)結(jié)論，可以及時(shí)了解容器的安全狀況，預(yù)知容器的安全隱患級(jí)可能發(fā)生的安全問題，更科學(xué)地對(duì)容器進(jìn)行管理，從而提高容器的安全性和容器的使用壽命。

表1 冷低壓分離器主要技術(shù)參數(shù)

2 全面檢驗(yàn)

2.1 檢驗(yàn)方案制定及資料審查

根據(jù)《固定式壓力容器技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》、《壓力容器》、《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》等，制定具體的全面檢驗(yàn)方案。在檢驗(yàn)前，檢驗(yàn)人員對(duì)容器的設(shè)計(jì)及制造資料、竣工資料、使用管理資料以及年度檢查報(bào)告等進(jìn)行審查。

2.2 宏觀檢查

對(duì)容器的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸及外觀等進(jìn)行檢查，在此次檢查過程中，沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)外表面有明顯腐蝕現(xiàn)象。

2.3 壁厚測(cè)定

壁厚測(cè)定位置選在接管部位、液位經(jīng)常波動(dòng)部位、物料進(jìn)出口等易受腐蝕、沖蝕部位。此次測(cè)得最小壁厚筒體26.0mm，封頭25.8mm，結(jié)果表明無明顯減薄現(xiàn)象。

2.4 無損檢測(cè)

（1）超聲檢測(cè)。根據(jù)方案要求，對(duì)容器焊縫進(jìn)行50%的超聲檢測(cè)，檢測(cè)過程中，沒有發(fā)現(xiàn)可記錄超標(biāo)缺陷。

（2）磁粉檢測(cè)。對(duì)容器外表面焊縫進(jìn)行10%磁粉檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)缺陷。在容器內(nèi)表面焊縫100%熒光磁粉檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)容器下部8 處接管角焊縫有裂紋顯示，裂紋總計(jì)36 條，長(zhǎng)度在10 ～18mm 之間，部分裂紋現(xiàn)場(chǎng)圖見圖2。

圖2 熒光磁粉檢測(cè)

2.5 安全附件檢驗(yàn)

安全附件檢驗(yàn)包括安全閥、壓力表、液位計(jì)的檢驗(yàn)，經(jīng)檢查液位計(jì)完好，指示清晰準(zhǔn)確，安全閥在校驗(yàn)有效期內(nèi)，能夠滿足使用要求。

3 缺陷處理及分析

3.1 缺陷處理

為確保該冷低壓分離器安全運(yùn)行，對(duì)本次發(fā)現(xiàn)的8 處接管角焊縫的36 處裂紋進(jìn)行返修。現(xiàn)場(chǎng)由探傷人員確認(rèn)缺陷位置后，用碳弧氣刨、角磨機(jī)去除缺陷，在消除缺陷過程中，無損檢測(cè)人員要進(jìn)行消缺確認(rèn)工作，直到缺陷徹底清除后才能進(jìn)行補(bǔ)焊，焊接完成24h 后，對(duì)缺陷返修部位進(jìn)行100%無損檢測(cè)，經(jīng)無損檢測(cè)合格后進(jìn)行焊后局部熱處理、超聲波復(fù)驗(yàn)。

3.2 缺陷分析

（1）硬度測(cè)試。缺陷經(jīng)表面打磨后，分離器內(nèi)部有呈片狀腐蝕垢物（圖3）。

對(duì)接管附近母材，熱影響區(qū)及焊縫金屬進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2。

結(jié)果表明：內(nèi)壁筒體母材硬度值基本正常，但內(nèi)壁接管角焊縫及焊縫金屬硬度值偏高。

（2）裂紋金相分析。對(duì)接管角焊縫裂紋部位進(jìn)行金相組織試驗(yàn)，得到裂紋形貌見圖4。

金相照片顯示，裂紋從焊縫向母材方向擴(kuò)展，從微觀上觀察該裂紋為穿晶開裂，裂紋附近區(qū)域硬度較高且存在馬氏體淬硬組織

（3）結(jié)果分析。冷低壓分離器接管裂紋屬于硫化氫應(yīng)力腐蝕裂紋，當(dāng)介質(zhì)中同時(shí)存在硫化氫和水時(shí)，硫化氫在水中溶解發(fā)生電離，在內(nèi)表面附近產(chǎn)生大量氫原子，其化學(xué)反應(yīng)過程如下：

圖3 缺陷局部圖

表2 硬度測(cè)試結(jié)果 HB

圖4 裂紋金相照片

水溶液中含的硫化氫電離為H+和HS-，吸附在鋼材內(nèi)表面上的HS-促使陰極加速放氫，同時(shí)硫化氫又能阻止氫原子結(jié)合成氫分子，因此鋼材的內(nèi)表面聚集了大量的氫原子，加速了氫原子向鋼材中滲透的速度。由于接管角焊縫存在的殘余應(yīng)力作用下，裂紋沿厚度方向不斷開裂，本容器的實(shí)測(cè)裂紋深度已達(dá)到13mm。

4 預(yù)防措施

對(duì)于硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂，常用的預(yù)防措施有：選用合適的鋼材或合金，或設(shè)置有機(jī)防護(hù)層；采用高純凈度的抗氫致開裂鋼；控制焊縫和熱影響區(qū)的硬度不超過HB200（布氏硬度）；焊接接頭部位進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理；使用專門的緩蝕劑等。針對(duì)本臺(tái)容器，由于接管角焊縫的焊后熱處理不當(dāng)，在焊縫金屬產(chǎn)生淬硬組織，硬度較高，在濕硫化氫環(huán)境下，產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕裂紋。所以，在經(jīng)過消缺、補(bǔ)焊后，要做好消除殘余應(yīng)力處理。

5 結(jié)語

通過對(duì)冷低壓分離器的全面檢驗(yàn)，消除了安全隱患，對(duì)裝置的安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。經(jīng)過這次檢驗(yàn)，應(yīng)對(duì)工藝狀況進(jìn)行評(píng)估，確定最容易發(fā)生損傷的設(shè)備和管道。必要時(shí)對(duì)游離水進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，檢測(cè)工藝狀況。針對(duì)這8 處接管裂紋部位，經(jīng)返修合格后，還應(yīng)在外部進(jìn)行超聲波橫波檢測(cè)或相控陣技術(shù)進(jìn)行定期的有效監(jiān)測(cè)或RBI 評(píng)估，防止裂紋的再次發(fā)生。