熊紅英顏廷俊

（中石化勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心)（北京化工大學(xué)）

催化裂化再生器的安全評(píng)定

熊紅英*顏廷俊

（中石化勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心)（北京化工大學(xué)）

根據(jù)GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)在役的催化裂化再生器進(jìn)行了缺陷檢測(cè)，并通過(guò)缺陷表征、材料性能數(shù)據(jù)確定和評(píng)價(jià)計(jì)算等技術(shù)手段，完成了對(duì)所測(cè)定的壓力容器的安全性評(píng)價(jià)。

壓力容器缺陷安全評(píng)價(jià)再生器

0 前言

壓力容器由于其承受大小不同的壓力載荷以及局部應(yīng)力比較復(fù)雜、接觸腐蝕性介質(zhì)、運(yùn)行溫度高溫（或深冷）等因素的影響,因此也是一種比較容易發(fā)生事故的特種設(shè)備。其事故不僅損壞設(shè)備本身,而且損壞周?chē)脑O(shè)備和建筑,輕則造成生產(chǎn)停產(chǎn)、設(shè)備損壞,重則造成人身傷亡等災(zāi)難性后果。因此,迅速而準(zhǔn)確地找到失效原因和失效的規(guī)律并提出預(yù)防、修復(fù)辦法,是防止事故發(fā)生、降低事故發(fā)生率的有效途徑，同時(shí)對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益意義深遠(yuǎn)。

1 再生反應(yīng)器檢測(cè)評(píng)定

1.1 基本信息

某石油化工廠再生器主體材料為16MnR，內(nèi)徑為8 000 mm/5 200 mm，厚度為32 mm/24 mm/20 mm，設(shè)計(jì)壓力為0.35 MPa，最高工作壓力為0.28 MPa。某檢測(cè)研究院對(duì)該再生器進(jìn)行了在用壓力容器定期檢驗(yàn)。在檢驗(yàn)中，對(duì)焊縫部位進(jìn)行超聲波探傷掃查，共發(fā)現(xiàn)9處超標(biāo)埋藏缺陷，并對(duì)其缺陷高度進(jìn)行了超聲波端點(diǎn)衍射測(cè)定。

1.2 失效模式分析及評(píng)價(jià)方法

根據(jù)該再生器的操作條件，工況穩(wěn)定且操作壁溫小于材料蠕變溫度，可排除疲勞、蠕變等失效模式。由于超標(biāo)缺陷均為埋藏缺陷，反應(yīng)器實(shí)測(cè)的腐蝕速率較低（0.104 mm/a），使用期間不會(huì)發(fā)生缺陷與介質(zhì)直接接觸，故可以不考慮器內(nèi)介質(zhì)對(duì)缺陷的影響。所評(píng)定的超標(biāo)缺陷潛在失效模式確定為裂紋應(yīng)力集中導(dǎo)致的彈塑性斷裂失效，或因凈強(qiáng)度削弱導(dǎo)致的塑性失效，因此采用GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》中基于雙判據(jù)通用失效評(píng)定圖技術(shù)的常規(guī)評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算。

再生器工作壓力為0.28 MPa，操作壁溫為≤300℃。對(duì)該工況條件按GB/T 19624—2004標(biāo)準(zhǔn)中失效后果嚴(yán)重的等級(jí)確定各部分安全系數(shù)。

1.3 材料性能數(shù)據(jù)的確定

該再生器材料為16MnR。由于無(wú)法取樣進(jìn)行材料性能試驗(yàn)，故該材料的彈性模量、屈服極限等常規(guī)機(jī)械性能參數(shù)使用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)值，而材料的斷裂韌度值則根據(jù)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)值使用較保守的數(shù)據(jù)進(jìn)行替代。材料性能數(shù)據(jù)的取值如表1所示。

表1 16MnR材料性能數(shù)據(jù)的替代值

1.4 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

在超聲波探傷檢測(cè)區(qū)域內(nèi)共發(fā)現(xiàn)9處超標(biāo)埋藏缺陷，對(duì)超標(biāo)缺陷進(jìn)行了超聲波端點(diǎn)衍射測(cè)高，確定了該9處超標(biāo)缺陷的埋藏深度。具體測(cè)量結(jié)果如表2所示，其中缺陷位置的標(biāo)注如圖1所示。

表2 再生器超標(biāo)缺陷的幾何尺寸

1.5 缺陷的表征

根據(jù)超聲波測(cè)厚和探傷結(jié)果，對(duì)于1號(hào)缺陷，缺陷處最小實(shí)測(cè)壁厚為30.9 mm，超標(biāo)缺陷距壁內(nèi)、外表面距離分別為p1=16.4 mm，p2=14 mm，故0.4H=0.2 mm

圖1 檢測(cè)部位（區(qū)段）及缺陷位置

表3 缺陷表征結(jié)果匯總

該再生器的下筒體實(shí)測(cè)最小壁厚為Bmin=17.8 mm，公稱(chēng)壁厚為20 mm，設(shè)備運(yùn)行21年，則計(jì)算腐蝕速率為C2=0.104 mm/a；檢驗(yàn)周期為2年，預(yù)計(jì)到下一次檢驗(yàn)時(shí)其計(jì)算壁厚為：Bs=17.8-0.104×2=17.59 mm。過(guò)渡段最小壁厚為30.9 mm，公稱(chēng)壁厚為32 mm，減去2倍腐蝕減薄量后的計(jì)算壁厚為：Bs=30.9-0.104×2=30.692 mm。

1.6 按GB/T 19624—2004標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)計(jì)算

載荷比計(jì)算公式為：

斷裂比計(jì)算公式為：

由上述兩式計(jì)算所得的各Lr、Kr值列于表4。將1～9號(hào)缺陷評(píng)定點(diǎn)（Lr，Kr）繪制在通用失效評(píng)定圖中，如圖2所示。上述9處缺陷全部位于失效評(píng)定圖的安全區(qū)，通過(guò)了基于GB/T 19624—2004的安全性評(píng)價(jià)計(jì)算。

表4 斷裂力學(xué)計(jì)算結(jié)果（正常工況）

圖2 超標(biāo)缺陷正常工況失效評(píng)定圖

2 結(jié)論

（1）所評(píng)價(jià)的超聲波探傷缺陷全部通過(guò)基于GB/T 19624—2004標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)評(píng)定方法的安全性評(píng)價(jià)計(jì)算，因此不影響該再生器在正常工作條件下的安全運(yùn)行。

（2）基于以上的缺陷評(píng)價(jià)結(jié)論，該再生器可在最高工作壓力不高于0.28 MPa，工作溫度不大于300℃的條件下繼續(xù)運(yùn)行。使用單位在該再生器繼續(xù)運(yùn)行期間必須加強(qiáng)監(jiān)控，避免內(nèi)壓和溫度發(fā)生劇烈波動(dòng)。

（3）安全性評(píng)價(jià)只能作為過(guò)渡措施而不能作為該容器長(zhǎng)期帶缺陷運(yùn)行的支持。

（4）鑒于該再生器存在較多焊接缺陷，操作溫度和熱應(yīng)力水平相對(duì)較高，同時(shí)，設(shè)備本體存在發(fā)生硝酸鹽露點(diǎn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的可能性等問(wèn)題，建議使用單位必須加強(qiáng)對(duì)該再生器的嚴(yán)格管理和監(jiān)督控制。

[1] 莊人蓮.我國(guó)在用壓力容器檢驗(yàn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].石化技術(shù),1994(1):51-52.

[2] 李景辰.壓力容器基礎(chǔ)知識(shí)[M].北京:勞動(dòng)人事出版社,1986.

[3] 胡波,張明友.基于故障樹(shù)的壓力容器失效診斷專(zhuān)家系統(tǒng)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2004,26(2):71-74.

[4] 陳曦,李惠榮.在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定軟件的開(kāi)發(fā)[J].化工裝備技術(shù),2010，31(2):5-7.

The Safety Assessment of Catalytic Cracking Regenerator

Xiong Hongying Yan Tingjun

According to GB/T 19624-2004“the safety assessment of existing pressure vessels containing defects”,defect detection to existing catalytic cracking regenerator was carried out,and safety assessment of the measured pressure vessel was completed through defect characterization,data determination of material property and evaluation computation.

Pressure vessel;Defect;Safety assessment;Regenerator

TQ 052.4

*熊紅英，女，1966年生，工程師。東營(yíng)市，257000。

2011-12-24）