脫硫塔人孔接管缺陷產(chǎn)生原因分析

王俊美 王進(jìn)

（巴中市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 四川巴中 636000）

引 言

天然氣采氣站里，脫硫塔是常見的分離壓力容器，主要用于天然氣脫硫的工藝，由于天然氣中含有水分，工作壓力一般為8.0MPa，在使用過(guò)程中，要定期更換塔內(nèi)脫硫劑，故運(yùn)行工況惡劣，屬于濕H2S腐蝕環(huán)境。由于在濕H2S的作用下及其他原因，脫硫塔腐蝕極其嚴(yán)重，容器內(nèi)壁大面積減薄，常見腐蝕凹坑、開槽，且內(nèi)壁的焊縫在長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕減薄作用下均不易發(fā)現(xiàn)。發(fā)生的損傷包括氫鼓泡、氫致開裂、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。這些損傷對(duì)壓力容器的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致容器強(qiáng)度、塔式容器的穩(wěn)定性降低，造成爆炸、倒塌等嚴(yán)重后果，從而危及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，造成環(huán)境被破壞。

某臺(tái)脫硫塔在定期檢驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁大量腐蝕凹坑、開槽，通過(guò)測(cè)厚，發(fā)現(xiàn)大面積減薄，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，在人孔接管處的角焊縫發(fā)現(xiàn)較長(zhǎng)連續(xù)性的裂紋，本文對(duì)其原因進(jìn)行分析，并給出了缺陷的預(yù)防措施及最終處理辦法，對(duì)同類型容器的安全監(jiān)控以及缺陷的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、維護(hù)保養(yǎng)有一定的意義。

1 脫硫塔分離容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

圖1 脫硫塔結(jié)構(gòu)示意圖

脫硫塔主要由上、下封頭、筒節(jié)、接管組成（見圖1）。其中上、下封頭與筒節(jié)焊接連接，進(jìn)、出及人孔接管與容器焊接連接。容器內(nèi)部由多層脫硫裝置對(duì)含硫天然氣進(jìn)行脫硫處理。首先，含硫、含水天然氣從容器上部的進(jìn)口接管進(jìn)入內(nèi)部，從上至下與脫硫吸收劑進(jìn)行反應(yīng)多層脫硫，然后由下部排出，從而保證天然氣的質(zhì)量。

2 缺陷檢測(cè)結(jié)果

某臺(tái)脫硫塔在定期的檢驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)人孔角接接頭焊縫表面多處裂紋，經(jīng)使用單位同意后，由專業(yè)維修人員進(jìn)行打磨，打磨后形成凹槽：660mm×50mm×34.6mm （見圖2），打磨最深處為34.6mm，裂紋4處，其中一處缺陷為夾渣和裂紋（見圖3），一處裂紋是從焊縫內(nèi)部向焊縫表面穿透擴(kuò)展（見圖4）

圖2 缺陷打磨后形成凹槽

圖3 夾渣和裂紋

圖4 裂紋從壁厚方向由內(nèi)向表面穿透擴(kuò)展

通過(guò)宏觀檢查及測(cè)厚發(fā)現(xiàn)，容器實(shí)測(cè)最小壁厚55.2 mm，凹坑腐蝕最深處Φ11.5×7.5，容器實(shí)際投入使用時(shí)間5年，名義厚度70.0mm，不難計(jì)算腐蝕速率為2.96mm/a。

3 缺陷產(chǎn)生原因分析

該設(shè)備屬于中壓容器，工作壓力大于1.60MPa，設(shè)計(jì)溫度為90℃，介質(zhì)為高含硫含水天然氣，屬于濕H2S腐蝕環(huán)境。

設(shè)備參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力：8.0 MPa；設(shè)計(jì)溫度：90℃；筒體及封頭材質(zhì)、20R；筒體及封頭厚度：70mm；腐蝕余量：4.0mm。

在制造過(guò)程中，角接接頭屬于雙邊K型坡口，雙面焊接，從現(xiàn)場(chǎng)打磨情況，角接接頭內(nèi)部35mm深處存在夾渣等缺陷，從現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)后發(fā)現(xiàn)部分裂紋是從焊接接頭內(nèi)部向接頭外表面擴(kuò)展。因?yàn)樵谥圃旌癖谌萜鬟^(guò)程中，焊縫屬于多層焊道，每層焊道均應(yīng)徹底清根，經(jīng)無(wú)損檢測(cè)合格后，方可進(jìn)入下一層焊道焊接，每層焊道焊接時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，避免焊后殘余應(yīng)力集中，由此可見在制造環(huán)節(jié)中質(zhì)量控制環(huán)節(jié)不嚴(yán)，焊道間未進(jìn)行清根處理及無(wú)損，從而產(chǎn)生了夾渣缺陷，導(dǎo)致了缺陷漏檢，讓產(chǎn)品進(jìn)入了使用環(huán)節(jié)。

設(shè)備在運(yùn)行期間，在特定的環(huán)境下，H原子由外至內(nèi)進(jìn)入了焊縫內(nèi)部，加劇了應(yīng)力集中，加速了裂紋的擴(kuò)張速率。

根據(jù)承壓設(shè)備損傷GB/T30579-2014第5.7條，從濕硫化氫破壞產(chǎn)生的機(jī)理、形態(tài)、受影響的材料、主要影響因素、易發(fā)生的裝置或設(shè)備，不難發(fā)現(xiàn)。在室溫到150℃范圍內(nèi)，濕H2S環(huán)境中，介質(zhì)含硫濃度超標(biāo)情況下，屬于應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂。

4 缺陷處理辦法

為進(jìn)一步準(zhǔn)確地對(duì)容器安全狀況進(jìn)行確認(rèn)。應(yīng)對(duì)焊接該焊接接頭的焊工以及其他接頭進(jìn)行全面檢測(cè)確認(rèn)；根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG 21-2016，第8.3.7（2）條，（檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)焊縫表面裂紋，認(rèn)為需要進(jìn)行焊縫埋藏缺陷檢測(cè)的部位）應(yīng)進(jìn)行埋藏缺陷檢測(cè)，宜采用NB/T47013中的射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)，考慮檢測(cè)的高靈敏度，避免對(duì)角接接頭內(nèi)缺陷的漏檢，宜采用專業(yè)射線檢測(cè)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

由于設(shè)備腐蝕嚴(yán)重減薄，焊接接頭還存在其他埋藏性缺陷，應(yīng)返廠對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)檢測(cè)、重大修理。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于高含硫的壓力容器，首先應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控介質(zhì)的含硫、含水相關(guān)指標(biāo)。加強(qiáng)設(shè)備的年度檢查，在定期檢驗(yàn)過(guò)程中，檢驗(yàn)檢測(cè)的比例應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大，以確保缺陷的及時(shí)檢出，采用多種無(wú)損檢測(cè)方式對(duì)缺陷進(jìn)行定性，增設(shè)聲發(fā)射檢測(cè)方法對(duì)缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

謝世波，覃雄.壓力容器失效分析［J］.民營(yíng)科技，2011，（1）:16