甲醇合成塔環(huán)縫開(kāi)裂的現(xiàn)場(chǎng)檢修問(wèn)題研究

林佳萍　董巍　劉新瑜

摘要：甲醇合成塔在甲醇裝置中占據(jù)著重要的位置，具有操作壓力較高、易燃易爆的特點(diǎn)，并具有一定的毒性。一旦出現(xiàn)事故，既會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還可能引發(fā)人員傷亡。本文先對(duì)甲醇合成塔進(jìn)行概述，然后分析了甲醇合成塔環(huán)縫開(kāi)裂的具體原因，最后提出了甲醇合成塔環(huán)縫開(kāi)裂的現(xiàn)場(chǎng)檢修策略，希望能為甲醇合成塔的應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：甲醇合成塔；環(huán)縫開(kāi)裂；現(xiàn)場(chǎng)檢修

1.甲醇合成塔概述

某工程項(xiàng)目中的甲醇合成塔在投入使用三年后，進(jìn)行檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該合成塔的環(huán)縫存在漏點(diǎn)，通過(guò)UT檢查意外發(fā)現(xiàn)還存在裂紋，這對(duì)設(shè)備的安全使用構(gòu)成了較大的威脅。該工程項(xiàng)目中的甲醇合成塔為低壓管殼式結(jié)構(gòu)。管程內(nèi)部裝有催化劑，殼程注入鍋爐給水，待其沸騰后帶走部分熱量，借助甲醇合成塔殼程內(nèi)部沸騰的水的壓力來(lái)調(diào)控反應(yīng)溫度。該合成塔具有催化劑床層溫度差異較小、操作穩(wěn)定和高轉(zhuǎn)化率的特點(diǎn)，在我國(guó)有較高的認(rèn)可度。該合成塔直徑達(dá)到4000毫米，現(xiàn)階段，與相同結(jié)構(gòu)的合成塔相比，它的規(guī)格最大。

2.甲醇合成塔環(huán)縫開(kāi)裂原因分析

甲醇合成塔環(huán)縫出現(xiàn)裂紋，該裂紋主要分布在下管板和殼程筒節(jié)對(duì)焊的位置，在檢修的過(guò)程中，觀察發(fā)現(xiàn)環(huán)縫中存在一處泄漏點(diǎn)。對(duì)其實(shí)施UT檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在環(huán)縫中存在多個(gè)裂紋，裂紋延伸至與合成塔外層相距40毫米左右的位置處，環(huán)縫UT等級(jí)達(dá)到四級(jí)，在其表面還沒(méi)有出現(xiàn)裂紋。目前，據(jù)對(duì)大量甲醇合成塔環(huán)縫開(kāi)裂原因分析可知，主要存在以下幾種原因：

（1）存在細(xì)微的延遲裂紋，它在溫差效應(yīng)的影響下引發(fā)拉裂；

（2）初始設(shè)計(jì)階段存在缺陷或者焊縫熱處理效果不良，在使用的過(guò)程中熱應(yīng)力和應(yīng)力的雙重作用出現(xiàn)開(kāi)裂；

（3）除氧效果不理想，繼而引發(fā)氧腐蝕，產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，筒體在氧腐蝕的長(zhǎng)時(shí)間作用下最終失效；

（4）鍋爐水中填補(bǔ)的水體穩(wěn)步不高，增加了管程和殼程中的溫度差異，進(jìn)而加大溫差應(yīng)力。

該結(jié)構(gòu)的加成合成塔被廣泛地應(yīng)用在工程中，相應(yīng)的技術(shù)理論比較成熟，因此，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本上不存在問(wèn)題。鍋爐給水為殼程介質(zhì)，此介質(zhì)已經(jīng)進(jìn)行了有效的去除氧氣和氯離子等措施，因此，也可以排除介質(zhì)應(yīng)力腐蝕這一因素。該甲醇合成塔使用的是強(qiáng)度超高的鋼，因此，需要對(duì)其進(jìn)行除氫和除應(yīng)力熱處理操作。因換熱器結(jié)構(gòu)的制約，可以對(duì)殼程、封頭等實(shí)施整體熱處理操作，對(duì)于管板與封頭之間以及管板與筒節(jié)只能實(shí)施局部熱處理操作。在焊接的過(guò)程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都出引發(fā)裂紋，外加局部熱處理自身難度系數(shù)較大。據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，初步斷定熱處理效果不理想是本工程中的甲醇合成塔環(huán)縫出現(xiàn)開(kāi)裂的主要原因。

3.甲醇合成塔的現(xiàn)場(chǎng)檢修

3.1預(yù)熱

本工程中的甲醇合成塔使用的鋼材料具有超高的強(qiáng)度和韌性。鋼材自身具有加強(qiáng)的抵抗熱脆和熱裂的性能，然而因其含有較多的合金元素，脆硬性相對(duì)較高，這自然會(huì)增加焊接冷裂紋的敏感性。因此，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱措施，實(shí)際預(yù)熱處理操作中的溫度的確定，應(yīng)以制造廠商的焊接工藝為依據(jù)。本工程的所采取的預(yù)熱處理為：向管程中注入溫度為100的氮?dú)?，以此?lái)縮減設(shè)備內(nèi)外部之間的溫度差異，在修復(fù)環(huán)焊縫的兩端分別加設(shè)一圈加熱帶，進(jìn)而加熱至規(guī)定溫度，在設(shè)備外端搭接腳手架，同時(shí)利用薄鋼板包裹設(shè)備，以此來(lái)規(guī)避因外界溫度變化而影響設(shè)備焊接效果；

3.2去除裂紋

針對(duì)環(huán)縫實(shí)施100%UT檢測(cè)，確定裂紋的具體位置。利用碳弧氣刨消除缺陷，同時(shí)對(duì)打磨的位置實(shí)施MT，以此來(lái)保證焊道坡口完整。去除焊縫裂縫時(shí)，可觀察到存在縱向裂縫，它主要存在與焊縫中且裂紋寬度較大，本結(jié)構(gòu)母材表面的裂紋較少且寬度較小，由此可知，制造失誤是環(huán)縫出現(xiàn)開(kāi)裂的主要原因，主要是因?yàn)楹附踊蛘邿崽幚聿缓线m引發(fā)的延長(zhǎng)裂紋或者再熱裂紋；

3.3補(bǔ)焊

補(bǔ)焊的過(guò)程中，應(yīng)采用對(duì)稱(chēng)的模式施焊，進(jìn)而降低焊接形變和殘余應(yīng)力。焊接的過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格參照焊接工藝判斷施焊，嚴(yán)格控制焊條烘烤時(shí)間、溫度、層間溫度等參數(shù)。通常控制層間溫度在250-300度范圍內(nèi)。完成焊接后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行除氫處理，通常溫度為300度，溫度持續(xù)時(shí)間大約在兩小時(shí)；

3.4焊縫探傷

完成除氫處理操作后，圍繞焊縫實(shí)施100%UT檢測(cè)，然后進(jìn)行復(fù)檢，待檢測(cè)合格后，才可實(shí)施去除應(yīng)力熱處理；

3.5熱處理

待完全檢測(cè)焊縫后，應(yīng)進(jìn)行去除應(yīng)力熱操作。在熱操作的過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格參照制造上的相關(guān)工藝說(shuō)明進(jìn)行。因修復(fù)的焊縫只能進(jìn)行局部熱處理，因外界環(huán)境影響，為徹底去除焊接殘余應(yīng)力，可以適當(dāng)?shù)卦黾颖貢r(shí)間；

3.6焊縫探傷

本結(jié)構(gòu)中的焊縫可能會(huì)因熱處理不合理出現(xiàn)再熱裂紋，因此，應(yīng)再次探傷焊縫，具體操作為：首先對(duì)其進(jìn)行100%UT檢測(cè)，然后進(jìn)行復(fù)檢，待檢測(cè)合格后，實(shí)施水壓試驗(yàn)；

3.7水壓試驗(yàn)

參照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其殼成實(shí)施水壓試驗(yàn)。

4.結(jié)語(yǔ)

甲醇合成塔在甲醇裝置中占據(jù)著重要的位置，制造成本較高，一旦出現(xiàn)安全事故將帶來(lái)嚴(yán)重的后果。因此，在生產(chǎn)制造的過(guò)程中應(yīng)盡量選取一些綜合實(shí)力雄厚的制造商。在實(shí)際的生產(chǎn)制造和檢修過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

（1）超強(qiáng)度鋼材十分容易生成冷裂紋，焊接難度系數(shù)較大，生產(chǎn)制造時(shí)應(yīng)全面最好前期預(yù)熱工作，嚴(yán)格參照焊接工藝施焊；

（2）充分進(jìn)行去除應(yīng)力熱處理操作，對(duì)于部分焊縫只能實(shí)施局部熱處理，在熱處理的過(guò)程中，應(yīng)全面做好保溫工作，如果條件允許還可以適當(dāng)增加熱處理時(shí)間；

（3）在生產(chǎn)制造過(guò)程中，應(yīng)預(yù)先編制科學(xué)的制造工藝，并嚴(yán)格參照質(zhì)量控制體系實(shí)施，進(jìn)而保障甲醇合成塔設(shè)備的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏志強(qiáng)，吳清衛(wèi).甲醇合成塔環(huán)縫開(kāi)裂的現(xiàn)場(chǎng)檢修[J].壓力容器，2010，27（9）：55-57，50.

[2]石建玲，王關(guān)林.甲醇合成塔環(huán)焊縫開(kāi)裂原因分析及修復(fù)方案[J].化肥設(shè)計(jì)，2012，50（3）：27-29.

[3]戎加富，楊勇，趙清萬(wàn)等.甲醇合成塔管板的制造難點(diǎn)解析[J].壓力容器，2010，27（8）：62-64，61.

[4]劉天匯，賀瑞民，魏聚廣，陳西伍.甲醇合成塔氣體分布器改造[J].設(shè)備管理與維修，2010（01）.