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        己內(nèi)酰胺氣液分離器失效實驗分析

        2020-09-09 07:34:10胡裕養(yǎng)廖曉玲金斌戈劉延雷韋新華
        化工裝備技術(shù) 2020年4期
        關(guān)鍵詞:己內(nèi)酰胺標(biāo)樣氣液

        梁 正* 胡裕養(yǎng) 廖曉玲 金斌戈 劉延雷 韋新華

        (1.杭州市特種設(shè)備檢測研究院 2. 浙江巴陵恒逸己內(nèi)酰胺有限責(zé)任公司)

        己內(nèi)酰胺是一種白色的粉末或結(jié)晶體,廣泛應(yīng)用于管材、機械及醫(yī)療器械等[1]。己內(nèi)酰胺若發(fā)生泄漏會與空氣形成爆炸性混合物,造成火災(zāi)、爆炸事故[2]。氣液分離器可應(yīng)用于氣體除塵、油水分離及液體脫除雜質(zhì)等多種場合。在化工工藝中,已內(nèi)酰胺氣液分離器具有重要作用,保障其使用安全是使用單位和檢驗單位的重點工作。李榮武[3]采用化學(xué)成分分析、金相分析、能譜分析等方法對某油氣分離器失效原因進(jìn)行了分析,并給出了相關(guān)的設(shè)計、制造和使用建議。唐廣榮[4]對海上油田三相分離器進(jìn)行了研究,明確了導(dǎo)致該分離器失效的多種因素。較多學(xué)者針對石化管道進(jìn)行失效分析,但針對己內(nèi)酰胺分離器失效開展的分析研究還較少。

        對某次檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的氣液分離器壁減問題開展試驗研究,采用金相檢驗、光譜分析等方法對試樣進(jìn)行分析,并對后續(xù)設(shè)備使用及維護(hù)提出了建議。

        1 設(shè)備基本情況

        某己內(nèi)酰胺氣液分離器制造于2011 年11 月,并于2012 年5 月投用。其設(shè)計壓力為1.88 MPa,設(shè)計溫度為155 ℃,容積達(dá)28.9 m3。由于生產(chǎn)原因,該容器投用后3 年內(nèi)未曾開展檢驗,使用過程中也未出現(xiàn)重大安全事故,其主要技術(shù)參數(shù)可見表1。

        表1 己內(nèi)酰胺氣液分離器主要參數(shù)

        該己內(nèi)酰胺氣液分離器主要用于分離水煤氣中的水蒸氣。混合氣體從分離器下端進(jìn)入,當(dāng)氣液密度差達(dá)到一定值后實現(xiàn)分離,氣體經(jīng)頂部絲網(wǎng)分離,液體則從設(shè)備下方流出,保證上不竄液,下不竄氣。該分離器由使用單位進(jìn)行例行維護(hù)保養(yǎng),未曾做過全面檢驗,也未發(fā)生過生產(chǎn)事故。該容器使用溫度較高,持續(xù)工作時間長,且介質(zhì)具有腐蝕性。

        2 檢驗方案

        檢驗單位根據(jù)TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,TSG R7001—2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》標(biāo)準(zhǔn)要求,制定了設(shè)備檢驗方案,主要包括宏觀檢驗、超聲測厚檢驗及滲透檢驗等。

        采用超聲波測厚儀在第二平臺處筒體外壁進(jìn)行壁厚測定,其壁厚h=6~14 mm,與容器設(shè)計厚度H=20 mm存在較大差異。對筒體外表面進(jìn)行滲透檢測,未發(fā)現(xiàn)裂紋。清退物料、填料并清洗容器內(nèi)部,打開人孔進(jìn)入容器后,發(fā)現(xiàn)超聲測厚異常處的內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重,具體可見圖1。

        圖1 容器內(nèi)腐蝕宏觀檢查

        3 研究分析

        容器在役期間的使用頻率較高,其日常維護(hù)記錄顯示,設(shè)備在運行時伴有輕微異響,但外表面與部分接口處未發(fā)現(xiàn)異樣。綜上所述,對設(shè)備進(jìn)行取樣并進(jìn)行金相和光譜分析。

        3.1 化學(xué)成分分析

        采用Thermo Fisher 賽默飛世爾公司的ARL 3460型號固定式直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析。從容器上取樣,將其加工為50 mm×50 mm 的樣品,并打磨至可見金屬光澤,樣品實物如圖2 所示。

        圖2 己內(nèi)酰胺氣液分離器缺陷取樣情況

        從設(shè)備資料可知,容器設(shè)計用材為06Cr18Ni11Ti,即321 不銹鋼。因此試驗時以321 不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品作為參照系,并經(jīng)多次檢測后取平均值。光譜分析檢測結(jié)果如圖3 及表2 所示。

        圖3 樣品光譜分析結(jié)果

        表2 樣品部分光譜檢測結(jié)果 %

        因樣品各類元素成分含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)級為10-2,相對較低,選擇差值比對較為合理。如表2 所示,樣品中的大多數(shù)元素都在誤差范圍內(nèi),Mn,Si,Cr,Cu,Ti,Al 這6 個元素含量與標(biāo)樣存在較大差異。Mn,Ti 和Al 含量低于標(biāo)樣,其余元素的含量則高出標(biāo)樣。其中Mn 元素低于標(biāo)準(zhǔn)值0.113 84,Si 和Cr 含量分別超出標(biāo)準(zhǔn)0.122 16 和0.148 87,Ti 和Al 元素則分別低于標(biāo)準(zhǔn)0.023 和0.042。Ti 元素可以降低材料焊縫銹蝕風(fēng)險,Mn 和Si 是良好的脫氧劑和脫硫劑,檢測結(jié)果中可以看到,Mn 元素含量低于標(biāo)準(zhǔn)值,但Si 含量則超標(biāo)。

        3.2 金相顯微觀察與分析

        將奧氏體不銹鋼放在王水中浸蝕3 s[6],用500 倍金相顯微鏡觀察其母材基層,金相圖片如圖4 所示。將圖4 與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比,確定該樣品母材的金相分析結(jié)果與奧氏體特征符合良好,并未出現(xiàn)材質(zhì)劣化等問題。

        圖4 金相組織500倍照片

        4 結(jié)論

        結(jié)合現(xiàn)場檢驗及試驗分析結(jié)果認(rèn)為,該壓力容器質(zhì)量基本符合要求,設(shè)備材質(zhì)與321 不銹鋼標(biāo)樣之間存在一定差異,可能導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

        (1)對于該類腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備,在不影響工藝的情況下,可采用噴涂橡膠、聚四氟乙烯等襯里或采用更高純度不銹鋼等方法來解決腐蝕問題。

        (2)在設(shè)備裝配、焊接過程中,更全面地了解使用單位需求,采用更合理的設(shè)計和加工工藝,使設(shè)備應(yīng)力分布均勻,避免局部集中。

        (3)在日常使用過程中,應(yīng)選用合理生產(chǎn)工藝,控制原料中S,Cl 離子濃度;加強對壓力容器的定期維護(hù)保養(yǎng)工作,做好日常檢查運行記錄,建立健全壓力容器身份檔案及維護(hù)保養(yǎng)檢查制度;做好注水、注劑的管理,從源頭避免腐蝕。另一方面,使用單位還應(yīng)加強對設(shè)備操作、維護(hù)人員的安全意識教育和技能培訓(xùn),要求操作人員嚴(yán)格按照操作規(guī)程作業(yè),做好交接班運行記錄,對設(shè)備運行中存在的問題及時上報,避免設(shè)備“帶病運行”。

        (4)檢驗單位應(yīng)對類似材質(zhì)及使用環(huán)境的設(shè)備予以重視,依據(jù)往期案例制定適用的檢驗方案,確保檢驗工作覆蓋各個關(guān)鍵失效點。

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