汽油醚化裝置設(shè)備檢驗(yàn)問題及處理

胥明慧 王新建(化學(xué)工業(yè)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇 南京 210036)

0 引言

該裝置將輕汽油中的叔碳烯烴與甲醇在以酸性離子交換樹脂為催化劑，進(jìn)行醚化反應(yīng)生成甲基烷基醚，從而降低汽油烯烴值含量，提高汽油辛烷值。裝置主要由輕汽油/甲醇混合、醚化反應(yīng)、醚化產(chǎn)品分離、甲醇萃取和甲醇回收等系統(tǒng)組成。

設(shè)備和其服役環(huán)境相互作用下可能會(huì)發(fā)生哪些損傷模式，主要損傷模式分為腐蝕減薄、環(huán)境開裂、材質(zhì)劣化、機(jī)械損傷等。根據(jù)該裝置工藝過程特點(diǎn)來判斷，腐蝕減薄為主要損傷形式。

以催化裂化裝置穩(wěn)定汽油為原料，經(jīng)預(yù)分餾塔分離出醚化原料，以酸性離子交換樹脂為催化劑，在一定溫度、壓力、醇烯比等條件下，輕汽油中的C4～C6活性烯烴與甲醇發(fā)生醚化反應(yīng)，生成甲基烷基醚，反應(yīng)過程中裝置設(shè)備不可避免地會(huì)產(chǎn)生腐蝕。C4～C6活性烯烴和甲醇等原料中含有的金屬陽(yáng)離子、硫化物和堿性物質(zhì)等與催化劑反應(yīng)；催化劑生產(chǎn)過程中本身殘留的游離酸，原料甲醇中帶入的甲酸。因此就形成了酸性環(huán)境，原料甲醇罐及其加入的脫鹽水可能帶入氧，金屬表面與導(dǎo)電雜質(zhì)形成了原電池，形成了電化學(xué)腐蝕。

1 裝置設(shè)備概況

該裝置2012年11月投入使用，運(yùn)行平穩(wěn)，每?jī)赡険駲C(jī)停車一次更換催化劑。2016年由某檢驗(yàn)單位進(jìn)行首次定期檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)甲醇回收塔加料線腐蝕減薄，更換了其中一段直管和2處彎頭；第二醚化反應(yīng)器筒體襯里對(duì)接焊縫存在斷續(xù)開口缺陷，打磨消除后補(bǔ)焊，其它設(shè)備檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷。

本次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)甲醇回收和醚化反應(yīng)系統(tǒng)中的設(shè)備腐蝕較為嚴(yán)重，甲醇回收系統(tǒng)中重沸器至甲醇回收塔管線一處彎頭腐蝕減??；進(jìn)料/萃取水換熱器殼程筒體及接管腐蝕減薄嚴(yán)重；甲醇回收塔內(nèi)壁沖刷腐蝕減薄，塔盤內(nèi)件腐蝕嚴(yán)重；第一醚化反應(yīng)器筒體襯里制造缺陷導(dǎo)致碳鋼層腐蝕，嚴(yán)重處已形成穿孔。

圖1 汽油醚化裝置甲醇回收系統(tǒng)

2 甲醇回收系統(tǒng)

甲醇萃取塔T102底部流出的水/甲醇混合物，經(jīng)換熱后進(jìn)入甲醇回收塔T103，將水和甲醇分離。自回收塔底流出的萃取水一部分在萃取塔和回收塔之間的密閉循環(huán)，一部分經(jīng)重沸器E110加熱返回回收塔。

根據(jù)上次定期檢驗(yàn)情況，首先檢測(cè)甲醇回收塔加料線(DN100×6mm)，該管線由102至甲醇回收塔進(jìn)料/萃取水換熱器E108A/B，再入甲醇回收塔T103。首先以超聲測(cè)厚為主，加料線流經(jīng)容器及進(jìn)出口管線管件、閥門及法蘭兩端直管段等部位重點(diǎn)檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)萃取塔塔底處至E108A/B換熱器殼程筒體及其接管減薄嚴(yán)重，殼程筒體和接管實(shí)測(cè)最小壁厚分別為4.4mm(公稱壁厚13mm)和2.6mm(公稱壁厚8mm)，建議更換殼程筒體。甲醇回收塔底重沸器E110至甲醇回收塔末端最后一處彎頭(DN300×8mm)存在減薄，實(shí)測(cè)最小壁厚8.2mm，根據(jù)介質(zhì)流向擴(kuò)大測(cè)厚比例，與減薄彎頭法蘭連接的塔器側(cè)直管段(DN300×10mm)減薄嚴(yán)重，實(shí)測(cè)最小壁厚1.4mm，建議廠方安排塔器的內(nèi)部檢驗(yàn)準(zhǔn)備工作。

甲醇回收塔內(nèi)部檢驗(yàn)情況：筒體材質(zhì)/壁厚Q245R/14mm、16mm。(1)塔盤T31至T52降液板腐蝕嚴(yán)重，見圖2；(2)塔盤T31至T52降液板角焊縫之間及受液槽處筒體母材腐蝕減薄，實(shí)測(cè)壁厚范圍5.0～9.2mm(公稱壁厚為14mm)，其中塔盤T35、T36降液板角焊縫之間筒體母材實(shí)測(cè)最小壁厚分別為5.0mm、6.5mm，見圖3；(3)塔盤T31至T55：每層塔盤以上約100mm筒體母材均腐蝕減薄，實(shí)測(cè)壁厚范圍為11.5～13.1mm；(4)下至上第一、二筒節(jié)(公稱壁厚16mm)局部沖刷腐蝕減薄，實(shí)測(cè)最小壁厚9.2mm，區(qū)域大小為1400×1400mm；DN300mm接管內(nèi)壁沖刷腐蝕嚴(yán)重，見圖4。

圖2 降液板腐蝕

圖3 筒節(jié)母材腐蝕

圖4 重沸器來料接管腐蝕

甲醇回收塔檢驗(yàn)問題處理結(jié)果：

(1)塔體筒節(jié)腐蝕減薄嚴(yán)重，經(jīng)強(qiáng)度校核計(jì)算無(wú)法滿足使用。建議拆除塔盤內(nèi)件后，更換腐蝕減薄嚴(yán)重的8層筒節(jié)，及其對(duì)應(yīng)位置塔盤內(nèi)件(塔盤T31至T55)。工藝方面控制甲醇來料線溫度，降低上游游離酸和甲酸含量；

(2)塔器底部向上第一、二筒節(jié)(公稱壁厚16mm)局部沖刷腐蝕區(qū)域進(jìn)行挖補(bǔ)處理，并加設(shè)防沖刷擋板，避免再次沖蝕塔體；更換重沸器來料接管。以上缺陷返修部位焊縫經(jīng)熱處理后，按設(shè)計(jì)規(guī)范復(fù)檢均合格。

進(jìn)料/萃取水換熱器檢驗(yàn)情況：殼程/管程筒體材質(zhì)：20#/Q245R；殼程/管程筒體壁厚：13/12mm。(1)殼程筒體西側(cè)接管實(shí)測(cè)最小壁厚2.6mm(公稱壁厚8mm)；(2)殼程筒體西側(cè)接管附近筒體(外部被補(bǔ)強(qiáng)圈覆蓋)內(nèi)壁存在腐蝕坑，實(shí)測(cè)該坑處壁厚4.4mm；(3)殼程筒體西側(cè)接管補(bǔ)強(qiáng)圈外側(cè)附近區(qū)域筒體實(shí)測(cè)最小壁5.0～9.0mm(公稱壁厚13mm)，該區(qū)域大小為該接管補(bǔ)強(qiáng)圈(DN200)以外150mm圓周范圍內(nèi)筒體；(4)殼程筒體上部，距離西側(cè)法蘭端面800mm處(折流板位置)殼體壁厚最小值為6.5mm(公稱壁厚13mm)；(5)殼程筒體東側(cè)接管補(bǔ)強(qiáng)圈外側(cè)附近區(qū)域筒體實(shí)測(cè)最小壁5.1～9.0mm(公稱壁厚13mm)，該區(qū)域大小為該接管補(bǔ)強(qiáng)圈(DN200)以外150mm圓周范圍內(nèi)筒體；(6)殼程上下接管角焊縫存在腐蝕深坑或腐蝕溝槽。

進(jìn)料/萃取水換熱器檢驗(yàn)問題處理結(jié)果：抽出換熱管束，對(duì)殼程筒體內(nèi)壁進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)多處腐蝕嚴(yán)重部位，經(jīng)壁厚強(qiáng)度校核計(jì)算，無(wú)法繼續(xù)使用。由于返修工作量大且筒體內(nèi)部空間狹小無(wú)法施工，決定殼程筒體整體更換。

3 醚化反應(yīng)系統(tǒng)

如圖5所示，輕汽油與甲醇混合后從第一醚化反應(yīng)器底部進(jìn)入，通過流體分配器分布均勻后自下而上流經(jīng)三層催化劑床層，在催化劑作用下輕汽油中的活性烯烴與甲醇發(fā)生醚化反應(yīng)，生成的醚化汽油自反應(yīng)器頂部流出，進(jìn)入醚化汽油冷卻器冷卻后進(jìn)入第二醚化反應(yīng)器進(jìn)一步進(jìn)行醚化反應(yīng)。進(jìn)入第一醚化反應(yīng)器的介質(zhì)濃度高，損傷腐蝕會(huì)更嚴(yán)重。

圖5 汽油醚化裝置醚化反應(yīng)系統(tǒng)

根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，第一醚化反應(yīng)器內(nèi)壁襯里存在腐蝕，反應(yīng)器底部較為嚴(yán)重，下封頭襯里對(duì)接焊縫熔合線處存在多處腐蝕溝槽，最深處可見碳鋼層。反應(yīng)器內(nèi)部三層催化劑床層填料支撐橫梁與塔壁角焊縫處共發(fā)現(xiàn)8處未堆焊不銹鋼襯里，碳鋼層母材及角焊縫直接裸露在介質(zhì)中，最底層2處腐蝕嚴(yán)重，其中1處已形成直徑8mm的孔洞，1處碳鋼層母材僅剩1.8mm。

第一醚化反應(yīng)器內(nèi)部檢驗(yàn)情況：筒體材質(zhì)/壁厚 Q345R+S30408/22+3mm。(1)下封頭：襯里拼縫腐蝕嚴(yán)重，焊縫熔合線處腐蝕較深有銹跡，襯里存在3處腐蝕坑，最大1處直徑?5mm×深度1.5mm；(2)第一筒節(jié)(人孔M1)：原補(bǔ)焊與母材熔合線處腐蝕溝槽，深約1.0mm；筒節(jié)母材多處腐蝕坑，直徑最大為3mm，深約1.5mm；電弧飛濺損傷凹坑，直徑10mm，坑底開裂；1處機(jī)械損傷，長(zhǎng)約20mm，深約1.0mm；7處內(nèi)件填料支撐筋板角焊處筒體未堆焊襯里，見圖6；(3)第三筒節(jié)：內(nèi)件支撐筋板角焊縫凹坑，深約2mm；2處電弧飛濺損傷凹坑，最深1.5mm；(4)第四筒節(jié)(人孔M2)：1處電弧飛濺損傷凹坑，深約3mm；兩處內(nèi)件填料支撐筋板角焊處筒體未堆焊襯里；(5)人孔M4角焊縫內(nèi)口4處腐蝕溝槽，有銹跡滲出，見圖7；(6)上至下第二筒節(jié)：電弧飛濺損傷凹坑，直徑10mm，坑底開裂；(7)上至下第一筒節(jié)：6處電弧飛濺損傷凹坑，最深約1.5mm；DN50接管角焊縫1處氣孔，直徑3mm，深約2mm；(8)上封頭：DN200接管角焊縫1處氣孔，直徑2mm，深約2mm。

圖6 填料支撐角焊縫處制造缺陷

圖7 人孔與筒體襯里角焊縫腐蝕溝槽

第一醚化反應(yīng)器檢驗(yàn)問題處理結(jié)果：(1)共8處填料支撐角焊縫未堆焊不銹鋼襯里處，從外壁超聲測(cè)厚，其中2處減薄嚴(yán)重處從外壁挖孔堆焊處理，見圖8。其余從內(nèi)壁堆焊腐蝕的碳鋼層，最后內(nèi)壁堆焊不銹鋼襯里。工藝方面控制來料介質(zhì)溫度，監(jiān)控系統(tǒng)中鐵素體含量，合理安排檢修時(shí)間；(2)下封頭襯里腐蝕嚴(yán)重區(qū)域打磨后堆焊不銹鋼襯里；人孔M4內(nèi)口腐蝕溝槽打磨至碳鋼層重新堆焊不銹鋼襯里，監(jiān)控系統(tǒng)中鐵素體含量；(3)內(nèi)壁襯里電弧飛濺、腐蝕凹坑和機(jī)械損傷均打磨后補(bǔ)焊。以上缺陷返修部位均復(fù)檢合格。

4 結(jié)語(yǔ)

上述檢驗(yàn)案例可以看出，從檢驗(yàn)方案的制定，到重點(diǎn)檢驗(yàn)區(qū)域和檢驗(yàn)方法的選擇，再到缺陷問題的處理等，整個(gè)檢修過程不僅運(yùn)用到了檢驗(yàn)、檢測(cè)等專業(yè)知識(shí)，還有材料學(xué)、腐蝕防護(hù)、化工工藝和承壓設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝等相關(guān)知識(shí)。

最后的總結(jié)為制造不規(guī)范、生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定、選材不當(dāng)、監(jiān)理檢驗(yàn)無(wú)責(zé)任心等人為因素是承壓設(shè)備產(chǎn)生缺陷造成事故的主要原因。