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（中國石化齊魯分公司第二化肥廠，山東淄博 255400）

摘 要：文中描述了GE水煤漿高壓工藝凝液罐氮?dú)饪谛孤┈F(xiàn)象，結(jié)合泄漏現(xiàn)象、工藝環(huán)境、焊接金相組織變化等因素對泄漏原因進(jìn)行分析，判斷腐蝕機(jī)理為酸性環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕開裂，針對泄漏原因提出合理的解決措施。

關(guān)鍵詞：高壓工藝凝液罐；泄漏；應(yīng)力腐蝕開裂

中國石化齊魯分公司第二化肥廠煤氣化裝置利用水煤漿加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)氫氣和羰基合成氣，核心設(shè)備氣化爐兩開一備，設(shè)計(jì)壓力7.15MPa，工作壓力6.5MPa。此裝置采用高壓工藝凝液罐對凈化裝置高壓冷凝液進(jìn)行回收，為洗滌塔提供塔盤補(bǔ)水，并對氣化爐出口原料氣進(jìn)行洗滌，自2018年此設(shè)備多次出現(xiàn)氮?dú)?放空管口泄漏，導(dǎo)致凝液罐無法正常充壓，影響后續(xù)工段運(yùn)行。

1 流程介紹

高壓冷凝液罐設(shè)計(jì)壓力6.0MPa，設(shè)計(jì)溫度235℃，操作壓力4.37MPa，操作溫度170℃，其主要作用是回收凈化工段高壓冷凝液，并通過凝液泵送至洗滌塔進(jìn)行塔盤補(bǔ)水和洗滌氣化爐出口原料氣。罐內(nèi)介質(zhì)除高壓冷凝液外，其氣相空間含有H2S，CO2等酸性介質(zhì)。

生產(chǎn)過程中，凝液罐主要依靠儀表調(diào)節(jié)閥通過氮?dú)?放空口對罐內(nèi)進(jìn)行氮?dú)獬浞艑?shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，氮?dú)?放空口泄漏導(dǎo)致罐內(nèi)壓力無法維持穩(wěn)定，設(shè)備無法正常收集高壓冷凝液，嚴(yán)重影響粗合成氣的洗滌效果，降低產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 高壓工藝凝液罐流程

2 泄漏原因分析

2.1 泄漏路徑分析

經(jīng)檢查，泄漏位置為氮?dú)?放空口接管檢漏孔。檢查過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)關(guān)閉氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥停止氮?dú)獬鋲簳r，蒸汽泄漏量逐步減小直至消失，開啟閥門進(jìn)行氮?dú)獬鋲簳r，大量蒸汽持續(xù)泄漏。圖2為氮?dú)?放空口的具體位置，圖3為其接管與筒體焊件詳圖，為方便分析，將接管分為A/B/C/D四個部位，A區(qū)為內(nèi)襯管空間，B區(qū)為設(shè)備內(nèi)上部空間，C區(qū)為內(nèi)襯管與鍛管之間空間，D區(qū)為鍛管外部空間。圖中黃色箭頭表示氮?dú)庾呦?，藍(lán)色箭頭表示蒸汽走向，經(jīng)分析有三種泄漏途徑：

圖2 氮?dú)?放空口具體位置

1-法蘭密封面 2-內(nèi)襯管 3-內(nèi)蓋板及其焊口

圖3 氮?dú)?放空口接管與筒體焊接詳圖

分析一：法蘭密封面堆焊層腐蝕，泄漏路徑為A→C→D。外送高壓氮?dú)獾膲毫?2Mpa，設(shè)備內(nèi)部壓力為4.3Mpa，進(jìn)行充壓時，圖3中1位置處壓力瞬間增大，氣體通過密封面堆焊層泄漏。但是，進(jìn)行充壓時，高壓氮?dú)馀c設(shè)備內(nèi)部壓力兩者之間壓差非常大，1位置處充滿氮?dú)?，混入大量外漏蒸汽的可能性非常小，因此，此位置處發(fā)生泄漏的概率很小。

分析二：內(nèi)襯管有裂紋, 泄漏路徑為A→C→D。由于氮?dú)鈮毫εc設(shè)備內(nèi)部壓力壓差非常大，隨著充壓次數(shù)的增多，內(nèi)襯管承受壓力交替變化，在酸性腐蝕環(huán)境下內(nèi)襯管形成裂紋。在設(shè)備維持正常壓力時，裂紋很小，蒸汽不泄漏或者泄漏量非常小，進(jìn)行充壓時，壓力瞬間增大導(dǎo)致裂紋變大，蒸汽泄漏。但是，內(nèi)襯管只有在充氮量較小情況下才可能混入蒸汽且伴隨氮?dú)庑孤鶕?jù)泄漏現(xiàn)象，此位置發(fā)生泄漏的概率存在，但比較小。

分析三：內(nèi)蓋板焊縫處腐蝕泄漏，泄漏路徑為A→B→C→D。充壓時氮?dú)膺M(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，B區(qū)壓力逐步增大，隨著壓力的不斷升高，氮?dú)馀c蒸汽逐步進(jìn)行混合，大量蒸汽伴隨氮?dú)鈬姵?，符合泄漏現(xiàn)象，此位置處最有可能發(fā)生泄漏。

裝置檢修過程中對設(shè)備進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)內(nèi)蓋板與內(nèi)襯管焊接處焊縫腐蝕產(chǎn)生孔洞，介質(zhì)由此泄漏，符合分析路徑。

圖4 高壓氮?dú)饨庸芴幐g形貌

2.2 腐蝕機(jī)理分析

由圖4腐蝕形貌可知蓋板與內(nèi)襯管處焊縫腐蝕嚴(yán)重，部分焊縫完全腐蝕，內(nèi)襯管與鍛管空間外露，焊縫處有環(huán)向裂紋，分析為酸性環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕。

內(nèi)襯板與蓋板材質(zhì)均為00Gr19Ni10（304L），抗腐蝕性能良好，但金屬焊接后的金相組織及合金元素的分布有所變化，焊縫處的Ni，Gr成分會降低，晶粒組織粗大，這導(dǎo)致焊縫處耐腐蝕性能降低^[1]；氮?dú)獬浞胚^程中，內(nèi)襯管與蓋板焊縫處承受交替應(yīng)力的作用，同時，焊縫處熱處理不到位也會導(dǎo)致焊縫處殘余應(yīng)力存在；容器內(nèi)部含有H₂S，CO₂等酸性介質(zhì)，與水蒸氣共同形成H₂S-CO₂-H₂O腐蝕環(huán)境，且H₂S與CO₂對腐蝕起到協(xié)同作用，加速焊縫處腐蝕。酸性的腐蝕環(huán)境、焊縫金相組織變化抗蝕性能降低、交變應(yīng)力及殘余應(yīng)力的存在，三者共同作用造成應(yīng)力腐蝕開裂。

3 處理方法與防范措施

針對設(shè)備損壞程度，對蓋板及堆焊層打磨更換，對腐蝕位置進(jìn)行處理修復(fù)，具體步驟如下：

（1）對腐蝕處打磨處理，進(jìn)行著色檢查，查找腐蝕泄漏位置；

（2）對焊縫及內(nèi)蓋板覆蓋區(qū)域進(jìn)行精細(xì)打磨，以露出基材為準(zhǔn)；

（3）對焊接區(qū)域及熱影響區(qū)進(jìn)行局部加熱消氫，防止焊接后裂紋產(chǎn)生；

（4）焊接堆焊層及內(nèi)蓋板，進(jìn)行熱處理細(xì)化晶粒，消除焊接應(yīng)力；

（5）對焊接處著色檢查，根據(jù)著色情況進(jìn)行質(zhì)量判定。

根據(jù)腐蝕機(jī)理分析，為保證此設(shè)備及同類設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，在運(yùn)行與施工過程中可采取以下幾點(diǎn)措施：

（1）不銹鋼熱處理過程中縮短敏化溫度區(qū)間停留時間，避免碳化鉻析出，降低抗蝕性能。

（2）內(nèi)襯管焊接處直角結(jié)構(gòu)改為圓弧過度，避免應(yīng)力集中。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝規(guī)程，消除焊縫處殘余應(yīng)力，降低應(yīng)力集中現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1]  石湘琴. 熱處理原理與工藝[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.1.