楊 旭 西安特種設備檢驗檢測院

中變氣分水罐的檢驗與缺陷成因

楊 旭 西安特種設備檢驗檢測院

1 基本概況

在對某石化企業(yè)制氫裝置的壓力容器進行定期檢驗時發(fā)現(xiàn)，有4臺露天安裝的中變氣分水罐支腿外表面銹蝕非常嚴重。經(jīng)詢問安全管理人員確認，該制氫裝置自安裝竣工后投用了6個月后便停用了5年。打開容器保溫層，發(fā)現(xiàn)容器外表面亦嚴重腐蝕。經(jīng)過對腐蝕層進行打磨后發(fā)現(xiàn)，在容器的外表面存在直徑為φ3～8mm、深度約為1～3mm、面積100%的均勻腐蝕坑，其中下封頭腐蝕狀況尤甚。該4臺容器的質(zhì)量證明書中基本參數(shù)見表1。

表1 中變氣分水罐基本參數(shù)

使用超聲波測厚儀從容器外表面對母材進行壁厚測定，結(jié)果見表2。由表2數(shù)據(jù)可以看出，中變氣第二分水罐的實測筒體厚度存在嚴重異常；第三分水罐的封頭及筒體實測厚度與質(zhì)量證明書所給出的厚度不符，懷疑是因復合板部分結(jié)合處脫焊所致。為了確定第三分水罐實測壁厚與質(zhì)量證明書所給厚度存在較大差異的成因，從內(nèi)表面對其疑似脫焊處進行壁厚測定，所得厚度為2.9～3.0mm。基于此，可以確定第三分水罐基材復合板發(fā)生了部分結(jié)合處脫焊現(xiàn)象。

表2 容器壁厚數(shù)據(jù)

為了確定表2中第二分水罐實測厚度的可靠性，進一步對其進行復測。測厚位置如圖1所示，在容器外表面沿縱縫、環(huán)縫以及交叉方向，將母材打磨為寬度100mm“米”字形、并露出金屬光澤，用測厚儀在容器外表面進行連續(xù)測厚，約采集數(shù)據(jù)600個。其絕大部分厚度分布在1.6～4.4mm，小部分在14.4～16.8mm范圍。在容器內(nèi)表面測厚數(shù)據(jù)為13.1～16.7mm，可見筒體實測厚度與質(zhì)量證明書所給出的厚度不符，且該復合板基材內(nèi)部存在大面積分層，而外表面測厚1.6～4.4mm數(shù)據(jù)分布不連續(xù)現(xiàn)象是表面腐蝕坑造成的。

圖1 超聲測厚位置示意圖

由于該4臺容器質(zhì)量證明書與實物厚度不符，且從外表面的腐蝕情況看來，與同樣工況其它16MnR材質(zhì)的容器相比，腐蝕速率過大，因此懷疑復合板材質(zhì)有問題。分別在每臺容器外表面選10個點進行打磨，采用SPECTROTEST CCD光譜儀進行光譜分析，Mn含量很低，數(shù)據(jù)見表3。

表3 Mn含量

2 腐蝕產(chǎn)物及成因分析

容器外表面腐蝕產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射分析，腐蝕產(chǎn)物的物相主要為Fe2O3。該4臺容器的介質(zhì)是中變氣，由轉(zhuǎn)化爐送來的轉(zhuǎn)化氣含13.3%左右的CO，經(jīng)過中溫變換反應器變換的作用是使CO在高溫和催化劑存在的條件下，與水蒸汽反應生成CO2和H2，生成了需要的原料氫氣。而經(jīng)由中溫變換反應器變換后的氣體叫做中變氣，在制氫裝置現(xiàn)場當有閥門關閉不嚴造成的泄漏現(xiàn)象，CO2含量較高。這樣容器就處于酸性環(huán)境下，容器外表面包覆著巖棉和鋁皮，雨水或冷凝水存在于鋼材外表面，很難蒸發(fā)掉。于是在容器外表面發(fā)生吸氫腐蝕現(xiàn)象，構成無數(shù)個原電池，負極（Fe）：鐵被氧化Fe-2e=Fe2+；正極（C）：溶液中的H 被還原2H+2e=H2↑，隨后不穩(wěn)定的Fe2+被氧化為Fe3+，即Fe2O3。CO2含量越高，溫度升高，腐蝕速度加快，而產(chǎn)生的H2還有可能對鋼板造成氫損傷。

3 結(jié)論

GB713 《鍋爐和壓力容器用鋼板》 中Q345R（原16MnR）的Mn含量要求為1.20%～1.60%，顯然該4臺容器基材不是質(zhì)量證明書中所給出的16MnR材料，加之基材存在大面積分層、復合板結(jié)合處部分脫焊等情況，強度無法滿足用戶的使用工況。故經(jīng)本次檢驗，壓力容器的安全狀況等級定為5級，要求用戶停止使用。

2013－08－06）