第二級(jí)主吸收塔檢驗(yàn)及缺陷分析

王平杰 鄧渝 蒲洋(四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，四川 成都 610061)

0 引言

某天然氣凈化有限公司天然氣凈化廠處理原料為高含硫酸性天然氣(H2S含量為14%～18%(體積比)，有機(jī)硫含量340.6mg/m3，CO2含量為8%～10%(體積比)。)其主要工藝單元包含天然氣脫硫單元、硫磺回收單元、脫水單元、尾氣處理單元。

在脫硫單元中，脫硫裝置的工藝采用的氣相水解脫除有機(jī)硫技術(shù)，酸性天然氣自廠外來(lái)氣管道依次進(jìn)入一級(jí)吸收塔(C-101)和二級(jí)吸收塔(C-102)中，即含COS的原料氣進(jìn)入一級(jí)主吸收塔，在低溫催化劑的作用下，COS水解為H2S和CO2，進(jìn)入二級(jí)主吸收塔進(jìn)一步對(duì)H2S和CO2進(jìn)行脫除，二級(jí)主吸收塔出來(lái)的天然氣品質(zhì)可達(dá)到質(zhì)量要求。

吸收塔作為脫硫單位的核心設(shè)備，長(zhǎng)期在高硫工況下運(yùn)行，在定期檢驗(yàn)中重點(diǎn)關(guān)注。

1 設(shè)備情況簡(jiǎn)介

該裝置2010年05月投入使用運(yùn)行，累積運(yùn)行約9年。分別于2013年3月、2017年06月、2019年9月進(jìn)行了三次定期檢驗(yàn)。此設(shè)備的主要設(shè)計(jì)參數(shù)：材質(zhì)為SA516-Gr70+TP316L復(fù)合鋼板、厚度為86+3mm、設(shè)計(jì)壓力9.1/FV MPa、設(shè)計(jì)溫度100/160℃、介質(zhì)為胺液和天然氣。

2 檢驗(yàn)情況

2.1 檢驗(yàn)項(xiàng)目的確定

吸收塔的運(yùn)行條件和介質(zhì)特點(diǎn)，可能存在如下的失效：應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)腐蝕、均勻腐蝕等。結(jié)合歷次定期檢驗(yàn)報(bào)告，確定本次檢驗(yàn)項(xiàng)目有宏觀檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定、滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、TOFD檢測(cè)、硬度檢測(cè)以及相控陣檢測(cè)等。

2.2 檢驗(yàn)結(jié)果

(1)宏觀檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定、外表面磁粉檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷。

(2)內(nèi)表面滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)接管角焊縫及對(duì)接焊縫存在表面裂紋。

(3)超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)88處埋藏缺陷，其中橫向缺陷8處，縱向缺陷80處，其主要存在縱焊縫A6橫向缺陷、B2～B6環(huán)焊縫的縱向缺陷、D6接管角焊縫的縱向缺陷。88處埋藏缺陷按照TSG 21—2016中第8.5.10條要求，安全狀況等級(jí)評(píng)定為五級(jí)共有56處，我們選取其中較為嚴(yán)重的7處，對(duì)它們進(jìn)行在用含缺陷的評(píng)定，部分超標(biāo)埋藏缺陷詳細(xì)情況如表1所示。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)重點(diǎn)難點(diǎn)

對(duì)于埋藏缺陷的本次檢驗(yàn)的重點(diǎn)及難點(diǎn)是B2～B6環(huán)焊縫的埋藏縱向缺陷，超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)此類缺陷長(zhǎng)度較長(zhǎng)(lmax=2500mm)，且深度范圍集中于76～88mm，其當(dāng)量在SL+14dB～SL+28dB范圍內(nèi)，橫向掃查時(shí)，均未發(fā)現(xiàn)有高于SL線的回波，為進(jìn)一步確定缺陷的尺寸和對(duì)缺陷進(jìn)行定量，采用TOFD和相控陣進(jìn)行輔助檢測(cè)。

根據(jù)TOFD采集的圖像，未能看到超聲檢測(cè)出的埋藏缺陷的圖像特征；采用相控陣檢測(cè)時(shí)，與超聲波檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷深度相當(dāng)。因常規(guī)超聲、TOFD和相控陣檢測(cè)均采用超聲波原理進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)缺陷進(jìn)行定性。同時(shí)，該裝置的使用單位從未進(jìn)行過(guò)二級(jí)主吸收塔的返修，缺乏相關(guān)的返修經(jīng)驗(yàn)，故本次檢驗(yàn)要求使用單位現(xiàn)場(chǎng)解剖超聲檢測(cè)當(dāng)量值更大的B3焊縫，以確定埋藏缺陷的種類及其產(chǎn)生的原因，以便為本臺(tái)設(shè)備其余類似環(huán)焊縫的缺陷處理提供依據(jù)。B3焊縫解剖部位對(duì)應(yīng)的TOFD圖及相控陣圖譜見(jiàn)圖1。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)有超聲信號(hào)的區(qū)域進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)存在以下兩種缺陷：未熔合或者未焊透，且缺陷所在的深度與超聲波圖像顯示的深度幾乎一致。未熔合和條渣出現(xiàn)的部位主要集中于環(huán)焊縫的下側(cè)，離焊縫下邊緣10mm，其深度主要集中于過(guò)渡層與基材熔合部位，且在未熔合打磨消除后，PT檢測(cè)發(fā)現(xiàn)仍然存在橫向裂紋(裂紋形態(tài)：自身高度低，短小)。

表1 部分超標(biāo)埋藏缺陷詳細(xì)情況

圖1 B3對(duì)接焊縫埋藏缺陷TOFD、相控陣圖譜及解剖驗(yàn)證圖

3 討論及分析

3.1 缺陷成因分析

結(jié)合該塔制造時(shí)的焊接工藝卡和產(chǎn)生缺陷的部位分析圖(見(jiàn)圖2)進(jìn)行分析，造成上述缺陷的主要原因可能是：(1)制造過(guò)程中，在里口堆焊過(guò)渡層前，未進(jìn)行PT檢測(cè)；(2)在復(fù)合板加工坡口時(shí)，按照焊接工藝卡，加工1mm，而實(shí)際加工過(guò)程中存在偏差或者復(fù)合板爆炸復(fù)合部位結(jié)合層厚度，局部可能超過(guò)1mm；(3)現(xiàn)場(chǎng)錯(cuò)邊導(dǎo)致基層焊接時(shí)局部超出結(jié)合面；(4)在復(fù)材側(cè)基層焊接時(shí)，未將基層坡口填滿，在進(jìn)行過(guò)渡層焊接過(guò)程中采用φ4mm直徑的焊條焊接，容易在倒角部位因未填滿的而容易產(chǎn)生渣或者未焊透；(5)殘余應(yīng)力未得到釋放消除；(6)在使用過(guò)程中導(dǎo)致局部未熔合延伸后連接在一起，形成了條狀的未熔。

圖2 缺陷的部位分析圖

通過(guò)對(duì)缺陷產(chǎn)生的部位和缺陷成因進(jìn)行分析，以及查閱該塔前兩個(gè)檢驗(yàn)周期的相關(guān)檢驗(yàn)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)環(huán)焊縫上的埋藏缺陷其自身尺寸、在焊縫中的位置以及缺陷的反射波幅均沒(méi)有發(fā)生變化。由此可以確定的是：該塔B2～B6環(huán)焊縫的此類缺陷是該塔制造過(guò)程中產(chǎn)生的的原始缺陷。

3.2 缺陷安全狀況評(píng)定

結(jié)合檢測(cè)結(jié)果和對(duì)典型埋藏缺陷的解剖，判斷埋藏缺陷的性質(zhì)：該吸收塔環(huán)焊縫的此類缺陷是該塔制造過(guò)程中產(chǎn)生的的原始缺陷。對(duì)表3中的7處埋藏缺陷按GB/T 19624—2019《含缺陷壓力容器安全評(píng)定》[1]進(jìn)行安全狀況評(píng)定，選取7處缺陷中最嚴(yán)重的B4-4、B4-5進(jìn)行評(píng)定。

從安全角度和保守的角度考慮，我們將焊縫缺陷按平面缺陷(裂紋)處理，采用平面缺陷的常規(guī)評(píng)定方法進(jìn)行含缺陷安全評(píng)定。在GB/T 19624—2019《含缺陷壓力容器安全評(píng)定》中，常規(guī)評(píng)定的一般遵循步驟為：(1)缺陷的表征，(2)材料性能數(shù)據(jù)的確定，(3)應(yīng)力的確定，(4)斷裂比Kr的計(jì)算，(5)載荷比Lr的計(jì)算(6)失效評(píng)定曲線(FAC)、截止線的確定(7)安全評(píng)價(jià)。

根據(jù)GB/T 19624—2019《含缺陷壓力容器安全評(píng)定》，按照上述步驟對(duì)B4-4、B4-5進(jìn)行安全狀況評(píng)定，其正常工況下評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖3，水壓試驗(yàn)下評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖3 正常工況下缺陷通用失效評(píng)定圖

圖4 水壓試驗(yàn)缺陷通用失效評(píng)定圖

3.3 缺陷處理及建議

通過(guò)各種檢驗(yàn)手段的對(duì)比分析，與使用單位進(jìn)行溝通后，提出該塔環(huán)焊縫缺陷的處理方案。按照GB/T 19624—2019《含缺陷壓力容器安全評(píng)定》進(jìn)行缺陷安全狀況評(píng)定。即除了已經(jīng)解剖的B3焊縫以外的其余環(huán)焊縫，不采用現(xiàn)場(chǎng)氣刨后補(bǔ)焊的修理方法，而是對(duì)這不需要返修的超標(biāo)埋藏缺陷，

4 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)復(fù)合板容器在用定期檢驗(yàn)焊縫埋藏缺陷的檢測(cè)中，應(yīng)使用多種檢測(cè)手段，對(duì)埋藏缺陷進(jìn)行定性定量的分析。

(2)該吸收塔的埋藏缺陷是因焊接工藝未得到準(zhǔn)確實(shí)施，造成復(fù)合層與基層出現(xiàn)未熔合、夾渣等缺陷。

(3)該類型的超標(biāo)缺陷，可以在確定的使用參數(shù)下監(jiān)控運(yùn)行，使用過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控和安全管理措施。