一起脫硫槽檢驗案例分析

劉興林

（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院)

一起脫硫槽檢驗案例分析

劉興林*

（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院)

對一臺脫硫槽判廢檢驗案例進行了分析并提出了相應的防范措施。該脫硫槽表現(xiàn)出全面腐蝕、坑腐蝕和應力腐蝕綜合作用的特征。

脫硫槽 檢驗案例 壓力容器 全面腐蝕 坑腐蝕 應力腐蝕

0 前言

2009年9月，江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院對江西某化工公司所屬變換工段一臺70 m3脫硫槽進行了定期全面檢驗，發(fā)現(xiàn)該脫硫槽內(nèi)部殼體偏下部分內(nèi)壁一周存在大面積均勻腐蝕，缺陷情況比較嚴重，檢驗結(jié)論為5級判廢。現(xiàn)將該臺壓力容器檢驗情況介紹如下。

1 設備概況

設備編號：1#脫硫槽

類別：三類反應容器

設計單位：武漢化工工程公司

制造單位：江西化工石油機械廠

制造時間：1999年12月1日

安裝單位：江西省工業(yè)設備安裝公司

安裝時間：2000年8月

投用時間：2000年9月

設備內(nèi)徑：2400 mm

設備材質(zhì)：筒體16MnR，壁厚20 mm；封頭16MnR，壁厚22 mm

設備容積：70 m3；設備高度：16 101 mm；設備質(zhì)量：11 700 kg

設計壓力：2.96 MPa

設計溫度：40℃

最高工作壓力：2.00 MPa

介質(zhì)： H2、 N2、 CO、 CO2、 H2S

該臺設備屬非首次檢驗，以往檢驗也存在腐蝕情況，尚不影響安全運行，安裝狀況等級為三級。

2 檢驗情況

該臺設備經(jīng)過全面檢驗，發(fā)現(xiàn)設備內(nèi)部殼體偏下筒節(jié)第二層填料部位沿筒體內(nèi)壁一周大面積地均勻分布著大大小小的腐蝕凹坑（該設備結(jié)構(gòu)見圖1）。腐蝕面比較均勻，整節(jié)筒節(jié)內(nèi)壁基本都存在大小不一的凹坑腐蝕，最嚴重處凹坑深度為7.9 mm，淺的也有2～3 mm，深度凹坑較多，凹坑呈蜂窩狀，情況比較嚴重。根據(jù)檢驗規(guī)則，最終評定其安全狀況等級為5級，判廢。

圖1 脫硫槽結(jié)構(gòu)

3 腐蝕原因分析

該公司脫硫工藝采用干法脫硫，填料為焦炭，填料層有二層。氣體自塔體上部進入設備，往下一層層經(jīng)過二層填料過濾，以達到脫硫的目的。雖然采用的工藝是干法脫硫，不是濕法脫硫，填料中并無水分，但由于工藝氣體中夾帶著水霧，加上觸媒定期再生時需要通入蒸汽清洗才能達到再生，因此水分連續(xù)不斷地累積并沉積下來，集中在底下一層填料部位，造成濕硫化氫與16MnR材質(zhì)的殼體接觸，產(chǎn)生均勻腐蝕減薄和坑腐蝕。

材料遭受硫化氫腐蝕時，其腐蝕破壞形式是多種多樣的，包括全面腐蝕、坑腐蝕、氫鼓泡、氫誘發(fā)階梯裂紋、氫脆和硫化物應力腐蝕破裂等。碳鋼在250℃以下的無水硫化氫中基本不腐蝕，但當有水共存時對金屬產(chǎn)生明顯的腐蝕。硫化氫在水中的離解過程是： H2S=H＋＋HS-， HS-=H＋＋S2-。 因此， 在濕硫化氫氛圍下鐵離子與硫離子反應生成硫化亞鐵（FeS），造成了鋼鐵表面均勻減薄或坑腐蝕。氫原子滲入金屬內(nèi)部吸收電子形成分子并集聚在金屬缺陷空腔內(nèi)，引起金屬表面氫鼓泡，若金屬深層吸收了氫原子，會使金屬形成階梯裂紋。當氫滲入金屬內(nèi)后，會使金屬出現(xiàn)塑性下降現(xiàn)象，稱之為氫脆。

此外，碳鋼、低合金鋼在CO-CO2-H2O環(huán)境中也會發(fā)生應力腐蝕。CO2溶解于水生成碳酸，使pH降低至3.3以下，此時介質(zhì)中的CO吸附在金屬表面而起到緩蝕劑的作用，阻止了因碳酸引起的鋼的全面腐蝕。但由于加載的應力（內(nèi)筒壓力）致使金屬產(chǎn)生滑移，在其表面生成臺階，露出的新生面為陽極，其周圍的CO吸附層為陰極，從而發(fā)生電化學反應，導致金屬發(fā)生腐蝕開裂。

本案例表現(xiàn)出全面腐蝕、坑腐蝕和應力腐蝕綜合作用導致設備失效的特征。

4 防范措施

（1）由于生產(chǎn)工藝固定，加上蒸汽再生需要，介質(zhì)帶水現(xiàn)象無法完全消除，但可以將工藝氣體先行干燥處理后再行脫硫，以盡量減少水分夾帶，減緩內(nèi)壁腐蝕速率，延長設備使用壽命。

（2）內(nèi)筒壁采用防護涂料如熱鋁噴涂加樹脂封面，可阻隔氫原子向鋼中擴散的數(shù)量，減少新鮮金屬的暴露，達到阻止或減輕各類氫損傷的目的。

（3）單獨為下層筒體加襯耐H2S腐蝕的內(nèi)襯，如Cr、Mo合金鋼材質(zhì)的襯里。但在更換脫硫設備時，宜選用20R材質(zhì)的設備，其抗?jié)馠2S腐蝕的性能要優(yōu)于16MnR材質(zhì)。

（4）加強日常檢修、檢查，縮短檢驗檢測時間，增加檢驗檢測頻次。對于在役的脫硫設備，用肉眼或常用的檢驗檢測方法往往不能發(fā)現(xiàn)是否存在開裂或判明開裂的程度。因此，針對濕H2S應力腐蝕開裂的特點，為防患于未然，避免重大損失，應采用《承壓設備無損檢測》規(guī)定的濕螢光磁粉檢測，以及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，保證設備使用安全。

[1]TSG R7001—2004.壓力容器定期檢驗規(guī)則 [S].

[2]JB/T 4730—2005.承壓設備無損檢測 [S].

[3]強天鵬.壓力容器檢驗 [M].北京：新華出版社,2008.

[4]王文明，彭存嶺.機械設備濕硫化氫腐蝕機理研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（17）.

[5]馮香梅，薛瑩.煉油設備中濕硫化氫腐蝕與防護 [J].化工設備與管道，2003，40（6）.

Analysis of Desulfurization Tank Inspection

Liu Xinglin

Analyzed the inspection case of a waste desulfurization tank and proposed corresponding preventive measures.The waste desulfurization tank was a result of comprehensive effect of general corrosion,pit corrosion and stress corrosion.

Desulfurization tank;Inspection case;Pressure vessel;General corrosion;Pit corrosion;Stress corrosion

TQ 053.2

*劉興林，男，1966年生，高級工程師。南昌市，330006。

2012-06-12）