史萬義，李俊鋒

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院新鄉(xiāng)分院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

2018年3月筆者在某化工廠壓力容器定期檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)4臺高壓反應(yīng)釜（內(nèi)編：1#、2#、3#、4#）在下封頭和筒體連接處的環(huán)焊縫多處均出現(xiàn)宏觀可見的鼓包并伴有開裂，其中3#高壓反應(yīng)釜的鼓包最多為6處，4#環(huán)焊縫與縱焊縫交叉T型接口有明顯的補(bǔ)焊痕跡，詳見圖1～4。

1 設(shè)備基本情況

該設(shè)備由開原化工機(jī)械廠設(shè)計(jì)，圖號KR640-00，某化工設(shè)備廠2006年2月制造，2006年9月投入使用。主體結(jié)構(gòu)形式為夾套形，容積1.25m3，內(nèi)徑1000mm,高3750mm，設(shè)計(jì)壓力9.8MPa（殼體），0.6MPa(夾套)，設(shè)計(jì)溫度280℃（殼體、夾套），材質(zhì)為復(fù)合材料16MnR+321，其中基層16MnR壁厚46.0mm。復(fù)合層不銹鋼321 壁厚6.0mm（筒體、封頭），殼體介質(zhì)為氫、氨、水、乙二胺和夾套介質(zhì)為水、蒸氣，夾套為Q235B，壁厚為10mm,實(shí)際使用時(shí)間為11年。筆者在設(shè)備內(nèi)部做宏觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面的下封頭環(huán)焊縫多處出現(xiàn)宏觀可見的鼓包并伴有開裂。筆者通過詢問該廠管理人員和操作工人相關(guān)生產(chǎn)工藝，以及將部分試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。根據(jù)結(jié)果初步判斷為氫原子滲透進(jìn)入321不銹鋼金屬組織內(nèi)部產(chǎn)生氫腐蝕鼓包，伴隨鼓包不斷長大導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)泡狀開裂。

圖1

圖2

圖3

圖4

2 材質(zhì)劣化系列中氫腐蝕

2．1 氫腐蝕機(jī)理

設(shè)備在高溫高壓運(yùn)行過程中，介質(zhì)溶液中電離出來的氫離子和氫氧根離子能自由進(jìn)入不銹鋼組織內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氫氣和氧氣。其中氫原子和碳原子相遇結(jié)合生成甲烷。碳原子和氧原子相遇反應(yīng)生成CO2，CO2又和氫氣反應(yīng)生成CH4和H2O等。此過程不斷循環(huán)進(jìn)行。CH4氣體不斷增多體積也急劇膨脹，其強(qiáng)度、韌性明顯降低，并且是不可逆的金屬組織材質(zhì)裂化損傷。大多數(shù)氫腐蝕在高溫（450℃以上）過程常伴有脫碳現(xiàn)象，但在較低的溫度條件下沒有明顯的脫碳現(xiàn)象也會發(fā)生晶界開裂。其主要反應(yīng)方程式：

（1）2H++2OH-＝2H2＋O2

（2）C+2H2=CH4

（3）C+O2=CO2

（4）4H2+CO2=CH4+2H2O

2．2 氫腐蝕產(chǎn)生過程。

氫腐蝕的發(fā)生過程大致可分為三個(gè)階段：（1）孕育期。鋼的宏觀和機(jī)械性能沒有明顯變化。（2）機(jī)械性能迅速變化階段。金屬組織碳含量迅速降低，甲烷氣體體積快速膨脹和擴(kuò)展擠壓技術(shù)組織形成黃豆大的鼓包。（3）最后階段。固溶體中局部碳原子耗盡。甲烷氣體不斷向表面擴(kuò)展，最后在內(nèi)表面處開裂。開裂形狀多是圓形的泡狀，內(nèi)部是空洞。

氫腐蝕的孕育期最重要的階段，它是從量變到質(zhì)變的長期累積過程，它的快慢往往決定了鋼材的壽命。

在某一氫分壓作用下產(chǎn)生的氫腐蝕有一個(gè)起始溫度（大約350～450℃），它是衡量鋼材抗氫性能的指標(biāo)。低于這個(gè)溫度，氫腐蝕反應(yīng)速度極慢，以致孕育期超過正常使用壽命。

2．3 氫腐蝕特點(diǎn)和控制措施

高壓反應(yīng)釜在制造階段的冷加工變形、焊接后殘余變形，提高了氫的擴(kuò)散能力，對氫腐蝕起加速作用；規(guī)范的焊后熱處理則有利于抗氫腐蝕；鋼材金屬組織中的含碳量越低，則有利于抗氫腐蝕。

3 承壓設(shè)備損傷模式識別中（GB/T30579-2014）容易產(chǎn)生氫腐蝕的裝置和設(shè)備

（1）合成氨裝置：熱電偶套管、轉(zhuǎn)換器和設(shè)備襯里。

（2）加氫精制（加氫脫硫）、加氫裂化、重整加氫等各種加氫裝置，以及變壓吸附式制氫裝置及脫氧裝置。

（3）甲醇裝置：變換反應(yīng)器。

（4）超高壓蒸氣發(fā)生裝置的鍋爐管。

（5）乙烯裂解裝置：甲烷化反應(yīng)器進(jìn)出料溫度高于220℃的流程，包括甲烷化反應(yīng)器、進(jìn)出料熱交換器管殼程及相連管道。

4 檢驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)檢驗(yàn)情況，依據(jù)固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的相關(guān)要求，出具不符合要求報(bào)告，安全狀況等級評定為5級。建議修理合格后使用。

5 事故的預(yù)防與建議

（1）盡快健全和加強(qiáng)設(shè)備安全管理制度，提高壓力容器操作人員的基本素質(zhì)和責(zé)任心。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)工藝和操作規(guī)程，設(shè)備不得超壓超溫運(yùn)行，并且做好交接班記錄。

（3）強(qiáng)制對高壓反應(yīng)釜定期沖洗，減小氫、氨、水、乙二胺等介質(zhì)在設(shè)備焊縫縫隙處殘留濃度，避免氨應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。

（4）定期對設(shè)備進(jìn)行檢修，檢修人員必須進(jìn)入高壓反應(yīng)釜內(nèi)部進(jìn)行宏觀檢查是否有異常情況，發(fā)現(xiàn)安全隱患及時(shí)上報(bào)和妥善處理。

（5）企業(yè)應(yīng)做好高壓反應(yīng)釜的年度檢查和壓力容器定期檢驗(yàn)，不得超期使用。

6 結(jié)語

這次高壓反應(yīng)釜的重大安全隱患由于定期檢驗(yàn)及時(shí)避免了一次事故的發(fā)生。但是慶幸之余，同時(shí)也為我們敲響了安全警鐘。這次事故隱患，應(yīng)該引起生產(chǎn)企業(yè)、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、安全管理機(jī)構(gòu)等各方面的高度重視！ 事故猛于虎，責(zé)任重于山 。特種設(shè)備安全事故在化工企業(yè)生產(chǎn)中是應(yīng)該極力避免的，事故的發(fā)生絕不是偶然的，它是多種因素的綜合作用的結(jié)果。而利用高壓反應(yīng)釜進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)，就必須保證高壓反應(yīng)釜在安全穩(wěn)定的前提下高效率運(yùn)行，這就要求企業(yè)加強(qiáng)管理，對高壓反應(yīng)釜進(jìn)行有效監(jiān)控和定期檢驗(yàn)來保證設(shè)備安全和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。