脫硫吸收塔焊縫缺陷檢測及修復(fù)

劉博強(qiáng)，何培東，楊 林

(中國石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司,四川 成都 610021)

某高含硫項(xiàng)目凈化廠第3列脫硫吸收塔設(shè)計(jì)壓力為8.0MPa(g)，工作壓力為7.1MPa(g)。設(shè)計(jì)溫度為-10℃/80℃，操作溫度為42℃～8℃，介質(zhì)為含硫天然氣、貧砜胺液，脫硫吸收塔主體材質(zhì)為SA516 Gr.65(普通碳鋼，相當(dāng)于國內(nèi)Q245R)，上部內(nèi)表面有3mm不銹鋼內(nèi)襯，其設(shè)備參數(shù)見表1。脫硫吸收塔工藝流程如下：自集氣站來的含硫原料天然氣經(jīng)過濾分離去除天然氣夾帶的機(jī)械雜質(zhì)和游離水后，自下部進(jìn)入脫硫吸收塔，與自上而下的貧砜胺液逆流接觸，含硫原料天然氣中幾乎所有硫化氫和部分二氧化碳被脫除，濕凈化氣送至下游的脫水裝置進(jìn)行脫水處理。

表1 脫硫吸收塔(C-070601-3)設(shè)備參數(shù)

1 無損檢測發(fā)現(xiàn)的問題

根據(jù)2020年凈化廠第3列脫硫吸收塔大修期間的無損檢測計(jì)劃，脫硫吸收塔下部碳鋼材質(zhì)主要以MT和UT檢測為主，上部不銹鋼內(nèi)襯部分主要以PT和UT檢測為主。2020年9月2日，在對脫硫吸收塔內(nèi)表面PT檢測的過程中，在從下往上第2個(gè)人孔焊縫處發(fā)現(xiàn)共有9處裂紋，在焊縫上呈縱向分布(見圖1)。發(fā)現(xiàn)問題后，查閱該脫硫吸收塔往年的歷史無損檢測報(bào)告，未發(fā)現(xiàn)有缺陷和修復(fù)的記錄。

2020年9月3日上午，決定對裂紋部位進(jìn)行打磨，更深一步地檢測裂紋深度，但打磨深度達(dá)到5mm后9處裂紋均未消除。經(jīng)技術(shù)人員討論后，決定繼續(xù)打磨，且采用邊打磨邊檢測的方式。為了防止打磨過程中產(chǎn)生過多熱量，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，將砂輪片更換為磨頭進(jìn)行打磨。隨著打磨深度的增加，裂紋長度出現(xiàn)擴(kuò)大趨勢，同時(shí)，發(fā)現(xiàn)焊縫中存在大量氣孔和夾渣(見圖2)。

針對這種情況，決定拆除人孔外部保溫，從外部進(jìn)行超聲探傷檢測。探傷結(jié)果顯示，該人孔焊縫在深度15～35mm區(qū)間(從塔內(nèi)壁起算)存在連續(xù)性缺陷。根據(jù)超聲波檢測情況，決定從環(huán)向和縱向兩個(gè)方向進(jìn)行氣刨、打磨。直到9月20日，經(jīng)過多天的連接打磨，裂紋消除，經(jīng)測量，焊縫打磨深度49.5mm，寬度61mm。

2 裂紋缺陷原因分析【1】

對裂紋缺陷深度、位置、分布進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋在焊縫上呈縱向分布，隨著打磨深度的增加，裂紋長度還有所擴(kuò)大，焊縫內(nèi)部存在連續(xù)的氣孔和夾渣，最終打磨深度達(dá)到49.5mm。針對這些檢查發(fā)現(xiàn)問題，分析判斷該人孔焊縫缺陷出現(xiàn)的原因?yàn)樵O(shè)備人孔焊接過程未進(jìn)行有效的清渣處理；另外，通過檢查現(xiàn)場設(shè)備、管線布局，發(fā)現(xiàn)該人孔位于原料天然氣入口正對面，原料天然氣中高濃度的濕硫化氫對制造過程中的缺陷裂紋起到加速擴(kuò)展的作用。

3 裂紋缺陷處理措施【2】

確定第3列脫硫吸收塔修復(fù)工藝如下：人孔焊縫裂紋、氣孔和夾渣打磨消除→UT、PT檢測→焊道打磨→PT檢測→消氫熱處理→預(yù)熱(溫度120℃)→補(bǔ)堆(層間溫度控制在200℃以內(nèi))→自然冷卻(預(yù)防延遲裂紋)→MT、PT檢測→熱處理→焊接接頭硬度檢測(不大于200HBW)→水壓試驗(yàn)→UT檢測。

3.1 焊道打磨

對需補(bǔ)焊的部位按焊接工藝進(jìn)行焊道打磨，坡口形式為“V”形，檢測坡口表面光滑、無凹坑，同時(shí)清除焊接區(qū)域兩側(cè)母材表面的鐵銹、氧化皮等影響焊接質(zhì)量的有害物質(zhì)，使其呈金屬光澤，打磨完成后進(jìn)行PT檢測，確認(rèn)無缺陷。

3.2 消氫熱處理

因考慮到設(shè)備工藝介質(zhì)為高含硫天然氣，硫化氫濃度高，故在補(bǔ)焊前做消氫熱處理，充分釋放補(bǔ)焊部位的硫和氫分子。電加熱帶布置采用外部環(huán)繞沿角焊縫捆綁在人孔接管上，內(nèi)部沿角焊縫按圓周均布，使用工裝讓電加熱板緊貼于焊縫，加熱板布置見圖3。

3.3 預(yù)熱處理

對缺陷打磨部位采用履帶式電加熱繩進(jìn)行預(yù)熱，熱處理機(jī)設(shè)定預(yù)熱溫度120℃，同時(shí)在內(nèi)部使用紅外線測溫儀檢測，預(yù)熱溫度達(dá)到120℃后，斷開熱處理機(jī)電源并開始補(bǔ)堆。

3.4 補(bǔ)堆

補(bǔ)堆嚴(yán)格按完成焊接工藝評定后的焊接工藝執(zhí)行，焊接時(shí)層間溫度嚴(yán)格控制在200℃以內(nèi)，并要求不得在非焊接部位引弧，保證焊接質(zhì)量。完成補(bǔ)堆焊接后，對補(bǔ)焊部位進(jìn)行100%的MT/PT檢測，檢測結(jié)果為Ⅰ級(jí)合格。

3.5 焊后熱處理

檢測合格后執(zhí)行熱處理工藝(見圖4)，要求進(jìn)行相應(yīng)熱處理，加熱板布置采用消氫熱處理布置方式，為保證熱處理過程中準(zhǔn)確地控制溫度梯度值，在人孔內(nèi)外沿圓周均勻布置3只熱電偶，實(shí)時(shí)監(jiān)測補(bǔ)堆部位溫度。熱處理完成后進(jìn)行硬度檢查，硬度值不大于200HBW，判定合格。

3.6 水壓試驗(yàn)

脫硫吸收塔設(shè)計(jì)壓力為8MPa(g)，根據(jù)TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，水壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為設(shè)計(jì)壓力的1.25倍，選擇試驗(yàn)壓力為10MPa(g)。完成設(shè)備隔離、上水后，開始升壓，根據(jù)試壓要求，共進(jìn)行5步升降壓：第1步，升壓至3MPa(g)后保壓30min，檢查無滲漏；第2步，升壓至6MPa(g)，檢查無滲漏；第三步繼續(xù)升壓至10MPa(g)，進(jìn)行強(qiáng)度試壓5min，檢查現(xiàn)場壓力表無壓降；第4步，降壓至設(shè)計(jì)壓力8MPa(g)，保壓12h，經(jīng)檢查現(xiàn)場壓力表無壓降，判定脫硫吸收塔人孔焊縫修復(fù)后水壓試驗(yàn)合格；第5步，現(xiàn)場進(jìn)行泄壓至常壓后排水，對補(bǔ)焊位置再次進(jìn)行UT無損檢測，檢測結(jié)果顯示合格。

4 下一步應(yīng)對措施

脫硫吸收塔人孔焊縫修復(fù)后，裝置生產(chǎn)中嚴(yán)格執(zhí)行工藝安全管理要求，確保各項(xiàng)工藝參數(shù)正常；定期對缺陷修復(fù)處進(jìn)行超聲波探傷監(jiān)測，確認(rèn)無異常；將脫硫吸收塔納入2021年大修重點(diǎn)跟蹤檢查，復(fù)驗(yàn)整改效果。同時(shí)，在設(shè)備投用運(yùn)行期間，確保凈化廠裝置H2S監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行可靠；現(xiàn)場人員做好應(yīng)急預(yù)案，定期演練，一旦發(fā)生工藝介質(zhì)泄漏，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并按預(yù)案進(jìn)行有效處理。