加氫裂化裝置中吸收塔濕硫化氫損傷檢驗(yàn)策略研究

鄭斌，周麗芳，鄒斌，陳坡，洪朝

1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院(浙江寧波315048)

2.浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校(浙江寧波315100)

加氫裂化裝置中吸收塔濕硫化氫損傷檢驗(yàn)策略研究

鄭斌1，周麗芳2，鄒斌1，陳坡1，洪朝1

1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院(浙江寧波315048)

2.浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校(浙江寧波315100)

以某石化企業(yè)加氫裂化裝置中一臺(tái)吸收塔T306壓力容器在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷為例，針對(duì)缺陷的產(chǎn)生部位，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查。分析得出該設(shè)備局部區(qū)域氫損傷的原因，并提出了改進(jìn)辦法。指出，應(yīng)重視重點(diǎn)設(shè)備篩選工作，根據(jù)各自的損傷模式制定及細(xì)化檢驗(yàn)方案，做好檢驗(yàn)之前的準(zhǔn)備工作，注意檢驗(yàn)方法，并提出內(nèi)外表面均應(yīng)詳細(xì)檢查等濕硫化氫損傷的檢驗(yàn)對(duì)策。

加氫裂化裝置;吸收塔;濕硫化氫損傷

Taking a T-306 absorption tower pressure vessel in the hydrogen cracking unit of a petrochemical enterprise as an example，the positions of the absorption tower where defects are easy to produce are examined.The reasons of local hydrogen damage in the absorption tower are analyzed，and some improving measures are put forward.It is pointed out that the screening of key equipment，the formulation and refinement of their damage inspection plans，the preparation before inspection and inspection method should all be paid attention to.The countermeasures for the wet hydrogen sulfide damage inspection are presented.

加氫裂化是重質(zhì)油輕質(zhì)化的一種工藝方法。以減壓餾分油為原料，與氫氣混合，在溫度400℃左右、壓力約17MPa和催化劑作用下進(jìn)行裂化反應(yīng)，生產(chǎn)出干氣、液化石油氣、輕石腦油、重石腦油、航空煤油、輕柴油等產(chǎn)品。加氫裂化反應(yīng)是脫烴、開環(huán)、多環(huán)芳烴飽和等反應(yīng)。其目的是重油輕質(zhì)化、最大限度地生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)航空煤油和柴油。其生產(chǎn)方案靈活性大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好，但對(duì)設(shè)備要求高，工藝條件苛刻，投資高[1]。

加氫裂化裝置一般由4部分組成：反應(yīng)部分(加氫精制反應(yīng)器、加氫裂化反應(yīng)器);分餾部分(脫丁烷塔、脫乙烷塔、第一分餾塔、第二分餾塔);脫硫部分(干氣脫硫、液化氣脫硫、循環(huán)氫脫硫);機(jī)組部分(循環(huán)氫壓縮機(jī)、新氫壓縮機(jī))。其特點(diǎn)是高溫、高壓、臨氫，且物料中含有硫、氮等腐蝕性物質(zhì)，要求設(shè)備耐高溫、高壓，耐氫蝕、硫腐蝕。其中設(shè)備的濕硫化氫損傷是指在濕硫化氫環(huán)境中，壓力容器的鋼材在腐蝕的作用下產(chǎn)生開裂：主要有硫化物應(yīng)力開裂(SSC)、氫致開裂(HIC)、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂(SOHIC)、堿應(yīng)力腐蝕開裂(ASCC)。

筆者結(jié)合加氫裂化裝置中一臺(tái)吸收塔T306的工況特點(diǎn)，介紹了如何篩選重點(diǎn)設(shè)備、如何進(jìn)行檢驗(yàn)，分析得出該設(shè)備局部區(qū)域氫損傷的原因，并提出了改進(jìn)辦法及今后檢驗(yàn)的對(duì)策。

1 檢驗(yàn)重點(diǎn)設(shè)備篩選

相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)易產(chǎn)生濕硫化氫應(yīng)力腐蝕條件的描述主要有以下幾點(diǎn)[2]。

1)pH值：溶液的pH值小于4，而溶解有硫化氫溶液的pH值大于7.6，且氫氰酸濃度大于20mg/L并溶解有硫化氫。

2)硫化氫分壓：介質(zhì)中含液相水或處于水的露點(diǎn)以下;溶液中溶解的硫化氫濃度大于50mg/L，潮濕氣體中硫化氫氣相分壓大于0.000 3MPa時(shí)，且分壓越大，敏感性越高。

3)溫度：氫鼓泡、氫致開裂、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂損傷發(fā)生的溫度范圍為室溫到150℃，有時(shí)可以更高，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂通常發(fā)生在82℃以下，尤其高發(fā)于0～65℃范圍內(nèi)。

4)鋼材純凈度：鋼中MnS夾雜物也是產(chǎn)生HIC、HB的主要原因之一。

5)焊后熱處理：焊后熱處理可以有效地降低焊縫發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的可能性，并對(duì)防止應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂起到一定的減緩作用。

根據(jù)以上條件(主要是溫度、介質(zhì)、材質(zhì)、硫化氫分壓)，結(jié)合該干氣脫硫吸收塔已經(jīng)滿足易產(chǎn)生濕硫化氫應(yīng)力腐蝕前3個(gè)條件，故本次檢驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)部的宏觀檢查和測(cè)厚。

2 檢驗(yàn)過程

2.1 檢驗(yàn)基本流程

在制定了相關(guān)檢驗(yàn)方案后，對(duì)該加氫裂化裝置的壓力容器進(jìn)行全面檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容包括：資料審查、宏觀檢驗(yàn)及結(jié)構(gòu)檢查、壁厚測(cè)定、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、TOFD檢測(cè)、硬度檢測(cè)、金相檢測(cè)、安全附件檢驗(yàn)等。對(duì)可能發(fā)生濕硫化氫應(yīng)力損傷的吸收塔加強(qiáng)了宏觀檢驗(yàn)和母材厚度測(cè)定的比例。

2.2 吸收塔主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)示意圖

T306吸收塔主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)示意圖分別見表1和圖1。

2.3 檢驗(yàn)過程

外部宏觀、無損檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷，可測(cè)厚部位的數(shù)值未發(fā)現(xiàn)異常。從底部人孔進(jìn)入設(shè)備后，在底部封頭及相連筒節(jié)T1也未發(fā)現(xiàn)問題，內(nèi)部未搭架子，用手電直接向上觀察可看到距底部5～6m的錐段及錐段以下各筒節(jié)表面，未發(fā)現(xiàn)明顯問題。但用手電貼著筒體內(nèi)壁向上照射時(shí)，可十分清楚地看到錐段以下第一、第二筒節(jié)(T3、T2)內(nèi)表面有大量鼓包，形態(tài)如圖2所示。

搭設(shè)內(nèi)架后，就近觀察T2、T3筒節(jié)內(nèi)表面，發(fā)現(xiàn)T3筒節(jié)的鼓包分布密集，且直徑較大，部分鼓包表面已經(jīng)開裂，如圖3所示。第二個(gè)筒節(jié)為分布較為均勻的鼓包，且鼓包直徑較小，基本在10～35mm之間，相鄰鼓包之間的距離約10mm。

搭設(shè)外架后，從外表面對(duì)T2、T3筒節(jié)密集測(cè)厚，發(fā)現(xiàn)T3筒節(jié)鼓包密集區(qū)域厚度變化較大，厚度值在8.0～14.0mm之間，即氫鼓包深度范圍較大，經(jīng)超聲波檢測(cè)判斷內(nèi)部可能存在傾斜裂紋或是臺(tái)階狀裂紋，T2筒節(jié)鼓包區(qū)域測(cè)厚厚度值集中在12.4～13.5mm之間，即鼓包主要深度在4.5～5.6mm之間，深度范圍較小。

逐個(gè)進(jìn)入錐段以上各人孔，對(duì)設(shè)備可見內(nèi)表面進(jìn)行了細(xì)致的宏觀檢查和測(cè)厚，再未發(fā)現(xiàn)類似缺陷。

2.4 缺陷分析

T306吸收塔是檢驗(yàn)前即已篩選出來的易發(fā)生濕硫化氫應(yīng)力損傷的重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備，對(duì)應(yīng)參數(shù)表，并查詢具體工藝信息(塔上部介質(zhì)為干氣、一乙醇胺，下部介質(zhì)主要為富氨液)，可判斷塔上部的損傷機(jī)理主要為均勻減薄+外部腐蝕，而下部的損傷機(jī)理主要為均勻減薄+濕硫化氫損傷+外部腐蝕，這與檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鼓包發(fā)生在下部筒節(jié)的檢驗(yàn)結(jié)果相符合[3]。此外從T3筒節(jié)鼓包密集區(qū)域的超聲波檢測(cè)判斷內(nèi)部可能存在傾斜裂紋或是臺(tái)階狀裂紋的結(jié)果看，符合氫致開裂(HIC)的特征[4]，可基本判斷該區(qū)域存在氫致開裂。在最終缺陷處理時(shí)，從T2筒節(jié)割下的部分板材斷面可見氫致開裂典型的臺(tái)階狀開裂形貌，如圖4所示。

2.5 缺陷處理及評(píng)定

根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，決定對(duì)T3筒節(jié)的鼓包密集處進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)方式為更換缺陷密集區(qū)域的板材及對(duì)部分分散區(qū)域的鼓包進(jìn)行挖補(bǔ)。對(duì)T2筒節(jié)的鼓包進(jìn)行泄壓處理，并對(duì)處理后的缺陷進(jìn)行合于使用性評(píng)價(jià)，以確定該設(shè)備繼續(xù)服役的適應(yīng)性。

缺陷處理完畢后，由中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院進(jìn)行了合于使用評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為通過，但是鑒于RBI評(píng)估出的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)總體處于一個(gè)較高的水平(主要是失效可能性較高)，建議自評(píng)估時(shí)間起運(yùn)行滿6個(gè)月時(shí)，推薦采用C掃描技術(shù)檢測(cè)分層或氫致開裂(鋼板平行方向)的擴(kuò)展情況[5]。

3 總結(jié)

通過對(duì)加氫裂化裝置中吸收塔的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)設(shè)備存在明顯的濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂;梳理總結(jié)整個(gè)檢驗(yàn)過程，得出以下關(guān)于濕硫化氫損傷的檢驗(yàn)要點(diǎn)。

1)重視檢驗(yàn)前的重點(diǎn)設(shè)備篩選工作，對(duì)照本次檢驗(yàn)結(jié)果，查出該臺(tái)濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的設(shè)備在篩選出來的名單之中，說明該篩選方法切實(shí)有效。做好篩選工作可做到有的放矢，提高檢驗(yàn)方案的合理性，集中檢驗(yàn)力量，也減少過度檢驗(yàn)的發(fā)生。

2)檢驗(yàn)方案可進(jìn)一步細(xì)化，針對(duì)同一臺(tái)設(shè)備(尤其大型設(shè)備)的不同相態(tài)區(qū)間(液相、氣相)，不同介質(zhì)分布區(qū)域，不同腔體(本體、夾套，管程、殼程)應(yīng)根據(jù)各自的損傷模式分別制定相應(yīng)的檢驗(yàn)方案。比如對(duì)T306設(shè)備，上部與下部的介質(zhì)不一樣，損傷模式也不一樣，濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂主要發(fā)生在下部，因此對(duì)下部的檢驗(yàn)方法自然與上部側(cè)重點(diǎn)不同。

3)目視檢查和測(cè)厚是發(fā)現(xiàn)濕硫化氫損傷的有效方法，因此檢驗(yàn)之前的準(zhǔn)備工作一定要為這兩項(xiàng)檢查提供方便。例如，腳手架應(yīng)搭到位，檢測(cè)部位如有保溫應(yīng)全部拆除，尤其對(duì)篩選出的重點(diǎn)設(shè)備應(yīng)做到檢驗(yàn)全面細(xì)致，不能圖方便只檢查平臺(tái)附近或容易檢查的部位。

4)注意檢驗(yàn)方法，宏觀檢驗(yàn)時(shí)針對(duì)氫鼓包正面目視很難發(fā)現(xiàn)輕微的鼓起，這時(shí)如采取用手電貼著筒壁照射的方法會(huì)更有效果。密集測(cè)厚(或采用電磁超聲測(cè)厚)則對(duì)發(fā)現(xiàn)還未鼓起的氫致開裂較為有效。

5)根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)氫致開裂形成的鼓包內(nèi)外表面均可能發(fā)生，發(fā)生在哪一面主要取決于板厚以及板材中不連續(xù)夾雜的具體位置，一般認(rèn)為夾雜靠近內(nèi)壁的，鼓包會(huì)形成于內(nèi)壁，反之會(huì)形成于外壁。因此實(shí)際檢驗(yàn)中對(duì)可能發(fā)生濕硫化氫損傷的設(shè)備必須要打開進(jìn)入，并拆除外保溫，內(nèi)外表面均應(yīng)詳細(xì)檢查。

[1]錢伯章.含硫原油加工工藝研究[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2005，16 (3):1-5.

[2]馮秀梅，薛瑩.煉油設(shè)備中的濕硫化氫腐蝕與防護(hù)[J].化工設(shè)備與管道，2003，40(6):57-60.

[3]崔新安，寧朝輝.石油加工中的硫腐蝕與防護(hù)[J].煉油設(shè)計(jì)，1999，29(8):61-67.

[4]王維宗，晁懷瑞，于鳳昌，等.煉油常用鋼材的抗HIC性能及評(píng)價(jià)方法的研究[J].煉油技術(shù)與工程，2005，35(8):39-42.

[5]富陽(yáng).壓力容器氫致開裂超聲相控陣檢測(cè)[J].無損檢測(cè)，2013，35(6):23-31.

王梅

2015-03-19

鄭斌(1982-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事壓力容器壓力管道監(jiān)督檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)、安全評(píng)估等方面工作。