氨精制塔濕硫化氫損傷無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

中圖分類號(hào)TQ053.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B 文章編號(hào)0254-6094（2025）03-0514-05

我國(guó)的煉油廠多始建于二十世紀(jì)八九十年代，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)、施工建設(shè)條件的限制，且原油來(lái)源比較單一，硫化氫含量較低，導(dǎo)致諸多煉油設(shè)備采用的鋼材和制造工藝均未考慮濕硫化氫的破壞問(wèn)題[1]。當(dāng)煉制高含硫量、高酸值原油時(shí)，這些設(shè)備面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。即使近年來(lái)新建裝置和設(shè)備已采用抗氫致開(kāi)裂鋼，但服役時(shí)間不長(zhǎng)，仍需要通過(guò)檢驗(yàn)來(lái)保障設(shè)備的安全性。此外，由于工程管理的原因，在裝置運(yùn)行過(guò)程中工藝并未按要求嚴(yán)格執(zhí)行，造成濕硫化氫破壞問(wèn)題，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致整臺(tái)設(shè)備失效。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于氫鼓包、氫致開(kāi)裂等濕硫化氫損傷導(dǎo)致壓力容器失效的案例屢見(jiàn)不鮮[2-5]。但在定期檢驗(yàn)時(shí)，因濕硫化氫損傷主要存在于殼體母材，具有較強(qiáng)的隱蔽性，如何在眾多壓力容器中篩選出容易發(fā)生濕硫化氫損傷的壓力容器和重點(diǎn)檢驗(yàn)部位，如何在有限的停工檢修時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)濕硫化氫損傷的快速檢出和缺陷性質(zhì)診斷，以及發(fā)現(xiàn)損傷后如何開(kāi)展合于使用評(píng)價(jià)和在役監(jiān)測(cè)，這些關(guān)鍵問(wèn)題在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中（例如TSG21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》）均未作出明確規(guī)定，按照常規(guī)檢測(cè)方法容易造成具有較大危害性的濕硫化氫損傷漏檢或誤判。因此，高效精確地檢測(cè)出氫鼓包、氫致開(kāi)裂等宏觀損傷，對(duì)于發(fā)現(xiàn)濕硫化氫損傷后評(píng)估它對(duì)設(shè)備安全性能的影響以及在役監(jiān)測(cè)方面都具有重要意義。

筆者根據(jù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CASEI011—2022《濕硫化氫腐蝕環(huán)境固定式壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)范》中的相關(guān)條款對(duì)某氨精制塔全面實(shí)施濕硫化氫損傷的無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)該團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用。

1設(shè)備概況與存在的問(wèn)題

被檢容器為某氨精制塔（T3402），容器筒體名義壁厚為 12mm ，材料為20R，介質(zhì)為 H₂S，NH₃ 、H₂O 。圖1為氨精制塔（T3402）的實(shí)物圖和內(nèi)表面缺陷宏觀圖。

在壓力容器定期檢驗(yàn)過(guò)程中，檢驗(yàn)人員進(jìn)入容器內(nèi)部進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該氨精制塔（T3402）內(nèi)表面存在一處較大面積的鼓起，測(cè)厚發(fā)現(xiàn)該處厚度約 5.9～6.3mm 。結(jié)合該容器的使用工況，初步確定為濕硫化氫環(huán)境下引起的鼓包缺陷。需要進(jìn)一步對(duì)該缺陷進(jìn)行檢測(cè)分析，并采用有效技術(shù)對(duì)整臺(tái)設(shè)備進(jìn)行快速檢測(cè)和精確診斷，以便快速發(fā)現(xiàn)濕硫化氫損傷引起的類似缺陷，保障設(shè)備的安全使用。

2 檢驗(yàn)檢測(cè)方案

電磁超聲是一種新型的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[6.7]，采用電磁耦合換能機(jī)制產(chǎn)生超聲波，具有無(wú)需耦合介質(zhì)、可重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫環(huán)境下的快速檢測(cè)[8-I1]。電磁超聲技術(shù)主要用于檢測(cè)設(shè)備壁厚和腐蝕情況（無(wú)需打磨和涂抹耦合劑），自動(dòng)爬壁器可以搭載電磁超聲探頭實(shí)現(xiàn)在鋼板上的快速移動(dòng)，因此電磁超聲技術(shù)匹配自動(dòng)爬壁器可以實(shí)現(xiàn)大面積快速連續(xù)檢測(cè)。為了檢測(cè)該鼓包缺陷的尺寸，并進(jìn)一步判斷該容器的其他部位是否存在類似缺陷，采用電磁超聲檢測(cè)技術(shù)匹配自動(dòng)爬壁器進(jìn)行快速檢測(cè)。初步排查時(shí)，應(yīng)兼顧缺陷檢出率和工作效率，一般應(yīng)保證爬壁器相鄰掃查間距不超過(guò) 300mm 。電磁超聲自動(dòng)爬行檢測(cè)時(shí)若發(fā)現(xiàn)壁厚值存在異常，則在容器的相應(yīng)部位進(jìn)行標(biāo)記，并繪圖記錄詳細(xì)情況。必要時(shí)可縮小抽查間距，或?qū)梢刹课贿M(jìn)行復(fù)驗(yàn)，以確定壁厚異常部位的分布情況。

超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)利用多通道的換能器產(chǎn)生和接收超聲波束，通過(guò)控制換能器陣列中各陣元發(fā)射或接收脈沖的不同延遲時(shí)間，改變聲波到達(dá)或來(lái)自物體內(nèi)某點(diǎn)時(shí)的相位關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)和聲束方向的變化，達(dá)到超聲波波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦的目的[12-14]。在電磁超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷的基礎(chǔ)上，采用相控陣技術(shù)進(jìn)行缺陷的精確診斷，能夠?qū)崿F(xiàn)檢驗(yàn)人員對(duì)缺陷的定位、定量和定性評(píng)價(jià)。檢測(cè)前，在可疑缺陷部位的母材表面劃分正交等距網(wǎng)格，探頭沿正交線進(jìn)行逐條掃查 _^°0^° 縱波直人射C掃描和橫波斜人射S形扇掃檢測(cè)時(shí)探頭均需沿同樣的網(wǎng)格正交線逐條掃查，必要時(shí)可將多條掃查數(shù)據(jù)拼接后分析。橫波斜入射S形扇掃檢測(cè)時(shí)，橫波聲束覆蓋角度推薦采用 35～75^° 。對(duì)于宏觀檢查發(fā)現(xiàn)的鼓包部位以及其他可能產(chǎn)生氫致開(kāi)裂的可疑部位，需要進(jìn)行缺陷診斷時(shí)，可以采用相控陣超聲檢測(cè)方法確定缺陷的分布、尺寸等情況。

電磁超聲檢測(cè)采用InnerspecPowerBoxH主機(jī)和InnerspecMUST電磁超聲自動(dòng)爬壁器。相控陣檢測(cè)采用GEKKO64：64PR-TFM64實(shí)時(shí)全聚焦相控陣檢測(cè)儀。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或仿真的基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)的檢測(cè)工藝，包括探頭的選擇、激發(fā)參數(shù)的設(shè)置、缺陷的判別等。

3全聚焦相控陣特征圖譜的CIVA仿真

CIVA軟件可用來(lái)設(shè)計(jì)或優(yōu)化無(wú)損檢測(cè)方法，以及預(yù)測(cè)在實(shí)際無(wú)損探傷工作中的檢測(cè)能力[15]。筆者利用CIVA軟件進(jìn)行濕硫化氫環(huán)境下服役壓力容器氫致宏觀缺陷（氫鼓包、氫致開(kāi)裂）的缺陷響應(yīng)研究，得到全聚焦相控陣技術(shù)對(duì)氫鼓包和氫致開(kāi)裂缺陷的圖譜特征。壓力容器壁厚為 12mm ，假設(shè)缺陷位于容器鋼板的中部位置，在仿真軟件中建立氫鼓包和氫致開(kāi)裂缺陷的簡(jiǎn)易模型如圖2所示。其中，氫鼓包的長(zhǎng)度為 50mm ，深度為 6mm ，氫致開(kāi)裂為臺(tái)階狀缺陷，每個(gè)臺(tái)階長(zhǎng) 2mm ，間隔 1mm 。

采用全聚焦相控陣技術(shù)，選擇合適的檢測(cè)工藝，得到氫鼓包和氫致開(kāi)裂缺陷的特征圖譜如圖3所示?？梢钥闯?，氫鼓包缺陷成像顏色均勻，回波信號(hào)連續(xù)，缺陷形貌有一定的弧度；氫致開(kāi)裂缺陷的成像顏色不均勻，回波信號(hào)分散，不規(guī)則，缺陷總體形貌平直并伴有臺(tái)階狀回波。

4檢測(cè)結(jié)果與問(wèn)題處理

首先，采用電磁超聲檢測(cè)技術(shù)測(cè)定該鼓包的邊界。然后，對(duì)該鼓包所在筒節(jié)進(jìn)行電磁超聲快速檢測(cè)，又發(fā)現(xiàn)一處較大面積的壁厚異常部位和一處較小的鼓包，其他位置未發(fā)現(xiàn)缺陷信號(hào)。最后，對(duì)該容器鼓包部位采用64陣元的全聚焦相控陣探頭進(jìn)行檢測(cè)診斷，并分別在T3402內(nèi)表面鼓包處、內(nèi)表面壁厚異常處、內(nèi)表面無(wú)缺陷處及外表面等區(qū)域進(jìn)行9帶全聚焦相控陣檢測(cè)與分析，最終得到如圖4所示的缺陷分布圖。

電磁超聲快速檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷主要分布于人孔附近的筒體環(huán)向上，長(zhǎng)度約 500mm ，軸向上長(zhǎng)度為筒節(jié)高度的區(qū)域內(nèi)，缺陷分布深度范圍為5.7～6.3mm （在內(nèi)壁測(cè)得）。

全聚焦相控陣垂直入射檢測(cè)發(fā)現(xiàn)氨精制塔（T3402）母材中部存在多處開(kāi)裂缺陷，其中兩處已經(jīng)形成鼓包。缺陷深度分布在鋼板中部，已形成多層界面反射波，大鼓包缺陷內(nèi)部已形成一定的臺(tái)階狀開(kāi)裂。圖5為大鼓包處全聚焦相控陣垂直檢測(cè)圖譜，圖6為暫未形成鼓包的開(kāi)裂處全聚焦相控陣垂直檢測(cè)圖譜，圖7為無(wú)缺陷處的全聚焦相控陣垂直檢測(cè)圖譜。

根據(jù)TSG21—2016和T/CASEI011—2022中的安全狀況等級(jí)評(píng)定，結(jié)合企業(yè)自身對(duì)設(shè)備安全性的考慮，對(duì)上述缺陷分布區(qū)域采用局部挖補(bǔ)法進(jìn)行修理，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后繼續(xù)投入使用。同時(shí)，對(duì)修理部位和附近區(qū)域采用電磁超聲技術(shù)進(jìn)行定期在役監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間至少持續(xù)到下個(gè)檢驗(yàn)周期。若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)措施。

5結(jié)束語(yǔ)

石油化工行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，臨氫腐蝕環(huán)境下運(yùn)行的壓力容器的檢測(cè)診斷難度大，常規(guī)檢測(cè)方法和工藝難以對(duì)這些缺陷進(jìn)行全面有效的檢測(cè)和診斷，在損傷的在役監(jiān)測(cè)方面更是面臨許多尚未解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。文中研究?jī)?nèi)容成功地解決了上述問(wèn)題，總結(jié)如下：

a.對(duì)濕硫化氫環(huán)境下服役壓力容器的氫致宏觀缺陷（氫鼓包、氫致開(kāi)裂）采用爬壁電磁超聲技術(shù)進(jìn)行快速檢測(cè)和在役監(jiān)測(cè)，解決了發(fā)現(xiàn)缺陷難題；

b.對(duì)濕硫化氫損傷的壓力容器采用相控陣超聲技術(shù)進(jìn)行精確診斷，結(jié)合CIVA缺陷響應(yīng)仿真，總結(jié)氫致?lián)p傷的相控陣圖譜特征，解決了診斷缺陷難題；

c.對(duì)修補(bǔ)部位和附近懷疑有損傷的區(qū)域采用電磁超聲技術(shù)進(jìn)行定期在役監(jiān)測(cè)，解決了在役監(jiān)測(cè)難題。

文中研究?jī)?nèi)容是T/CASEI011—2022《濕硫化氫腐蝕環(huán)境固定式壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)范》的一次成功應(yīng)用，證明了該團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)具有較強(qiáng)的可操作性和技術(shù)先進(jìn)性，確保了該設(shè)備在下一周期內(nèi)的使用安全性。同時(shí)，避免了企業(yè)因無(wú)法按計(jì)劃開(kāi)車而造成的重大經(jīng)濟(jì)損失，有力地保障了裝置的安全運(yùn)行，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際工程應(yīng)用可在一定程度上為我國(guó)重石化基地特種設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

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（收稿日期：2024-05-25，修回日期：2025-05-16）