加氫裂化裝置中吸收塔濕硫化氫損傷檢驗策略研究

鄭斌，周麗芳，鄒斌，陳坡，洪朝

1.寧波市特種設備檢驗研究院(浙江寧波315048)

2.浙江醫藥高等專科學校(浙江寧波315100)

加氫裂化裝置中吸收塔濕硫化氫損傷檢驗策略研究

鄭斌1，周麗芳2，鄒斌1，陳坡1，洪朝1

1.寧波市特種設備檢驗研究院(浙江寧波315048)

2.浙江醫藥高等專科學校(浙江寧波315100)

以某石化企業加氫裂化裝置中一臺吸收塔T306壓力容器在檢驗過程中發現的缺陷為例，針對缺陷的產生部位，對其結構進行檢查。分析得出該設備局部區域氫損傷的原因，并提出了改進辦法。指出，應重視重點設備篩選工作，根據各自的損傷模式制定及細化檢驗方案，做好檢驗之前的準備工作，注意檢驗方法，并提出內外表面均應詳細檢查等濕硫化氫損傷的檢驗對策。

加氫裂化裝置;吸收塔;濕硫化氫損傷

Taking a T-306 absorption tower pressure vessel in the hydrogen cracking unit of a petrochemical enterprise as an example，the positions of the absorption tower where defects are easy to produce are examined.The reasons of local hydrogen damage in the absorption tower are analyzed，and some improving measures are put forward.It is pointed out that the screening of key equipment，the formulation and refinement of their damage inspection plans，the preparation before inspection and inspection method should all be paid attention to.The countermeasures for the wet hydrogen sulfide damage inspection are presented.

加氫裂化是重質油輕質化的一種工藝方法。以減壓餾分油為原料，與氫氣混合，在溫度400℃左右、壓力約17MPa和催化劑作用下進行裂化反應，生產出干氣、液化石油氣、輕石腦油、重石腦油、航空煤油、輕柴油等產品。加氫裂化反應是脫烴、開環、多環芳烴飽和等反應。其目的是重油輕質化、最大限度地生產優質航空煤油和柴油。其生產方案靈活性大，產品質量穩定性好，但對設備要求高，工藝條件苛刻，投資高[1]。

加氫裂化裝置一般由4部分組成：反應部分(加氫精制反應器、加氫裂化反應器);分餾部分(脫丁烷塔、脫乙烷塔、第一分餾塔、第二分餾塔);脫硫部分(干氣脫硫、液化氣脫硫、循環氫脫硫);機組部分(循環氫壓縮機、新氫壓縮機)。其特點是高溫、高壓、臨氫，且物料中含有硫、氮等腐蝕性物質，要求設備耐高溫、高壓，耐氫蝕、硫腐蝕。其中設備的濕硫化氫損傷是指在濕硫化氫環境中，壓力容器的鋼材在腐蝕的作用下產生開裂：主要有硫化物應力開裂(SSC)、氫致開裂(HIC)、應力導向氫致開裂(SOHIC)、堿應力腐蝕開裂(ASCC)。

筆者結合加氫裂化裝置中一臺吸收塔T306的工況特點，介紹了如何篩選重點設備、如何進行檢驗，分析得出該設備局部區域氫損傷的原因，并提出了改進辦法及今后檢驗的對策。

1 檢驗重點設備篩選

相關文獻對易產生濕硫化氫應力腐蝕條件的描述主要有以下幾點[2]。

1)pH值：溶液的pH值小于4，而溶解有硫化氫溶液的pH值大于7.6，且氫氰酸濃度大于20mg/L并溶解有硫化氫。

2)硫化氫分壓：介質中含液相水或處于水的露點以下;溶液中溶解的硫化氫濃度大于50mg/L，潮濕氣體中硫化氫氣相分壓大于0.000 3MPa時，且分壓越大，敏感性越高。

3)溫度：氫鼓泡、氫致開裂、應力導向氫致開裂損傷發生的溫度范圍為室溫到150℃，有時可以更高，硫化物應力腐蝕開裂通常發生在82℃以下，尤其高發于0～65℃范圍內。

4)鋼材純凈度：鋼中MnS夾雜物也是產生HIC、HB的主要原因之一。

5)焊后熱處理：焊后熱處理可以有效地降低焊縫發生硫化物應力腐蝕開裂的可能性，并對防止應力導向氫致開裂起到一定的減緩作用。

根據以上條件(主要是溫度、介質、材質、硫化氫分壓)，結合該干氣脫硫吸收塔已經滿足易產生濕硫化氫應力腐蝕前3個條件，故本次檢驗應重點關注內部的宏觀檢查和測厚。

2 檢驗過程

2.1 檢驗基本流程

在制定了相關檢驗方案后，對該加氫裂化裝置的壓力容器進行全面檢驗，檢驗內容包括：資料審查、宏觀檢驗及結構檢查、壁厚測定、磁粉檢測、滲透檢測、超聲波檢測、TOFD檢測、硬度檢測、金相檢測、安全附件檢驗等。對可能發生濕硫化氫應力損傷的吸收塔加強了宏觀檢驗和母材厚度測定的比例。

2.2 吸收塔主要參數和結構示意圖

T306吸收塔主要參數和結構示意圖分別見表1和圖1。

2.3 檢驗過程

外部宏觀、無損檢測未發現可記錄缺陷，可測厚部位的數值未發現異常。從底部人孔進入設備后，在底部封頭及相連筒節T1也未發現問題，內部未搭架子，用手電直接向上觀察可看到距底部5～6m的錐段及錐段以下各筒節表面，未發現明顯問題。但用手電貼著筒體內壁向上照射時，可十分清楚地看到錐段以下第一、第二筒節(T3、T2)內表面有大量鼓包，形態如圖2所示。

搭設內架后，就近觀察T2、T3筒節內表面，發現T3筒節的鼓包分布密集，且直徑較大，部分鼓包表面已經開裂，如圖3所示。第二個筒節為分布較為均勻的鼓包，且鼓包直徑較小，基本在10～35mm之間，相鄰鼓包之間的距離約10mm。

搭設外架后，從外表面對T2、T3筒節密集測厚，發現T3筒節鼓包密集區域厚度變化較大，厚度值在8.0～14.0mm之間，即氫鼓包深度范圍較大，經超聲波檢測判斷內部可能存在傾斜裂紋或是臺階狀裂紋，T2筒節鼓包區域測厚厚度值集中在12.4～13.5mm之間，即鼓包主要深度在4.5～5.6mm之間，深度范圍較小。

逐個進入錐段以上各人孔，對設備可見內表面進行了細致的宏觀檢查和測厚，再未發現類似缺陷。

2.4 缺陷分析

T306吸收塔是檢驗前即已篩選出來的易發生濕硫化氫應力損傷的重點關注設備，對應參數表，并查詢具體工藝信息(塔上部介質為干氣、一乙醇胺，下部介質主要為富氨液)，可判斷塔上部的損傷機理主要為均勻減薄+外部腐蝕，而下部的損傷機理主要為均勻減薄+濕硫化氫損傷+外部腐蝕，這與檢驗發現鼓包發生在下部筒節的檢驗結果相符合[3]。此外從T3筒節鼓包密集區域的超聲波檢測判斷內部可能存在傾斜裂紋或是臺階狀裂紋的結果看，符合氫致開裂(HIC)的特征[4]，可基本判斷該區域存在氫致開裂。在最終缺陷處理時，從T2筒節割下的部分板材斷面可見氫致開裂典型的臺階狀開裂形貌，如圖4所示。

2.5 缺陷處理及評定

根據檢驗結果，決定對T3筒節的鼓包密集處進行修復，修復方式為更換缺陷密集區域的板材及對部分分散區域的鼓包進行挖補。對T2筒節的鼓包進行泄壓處理，并對處理后的缺陷進行合于使用性評價，以確定該設備繼續服役的適應性。

缺陷處理完畢后，由中國特種設備檢測研究院進行了合于使用評價，評價結果為通過，但是鑒于RBI評估出的設備風險總體處于一個較高的水平(主要是失效可能性較高)，建議自評估時間起運行滿6個月時，推薦采用C掃描技術檢測分層或氫致開裂(鋼板平行方向)的擴展情況[5]。

3 總結

通過對加氫裂化裝置中吸收塔的檢驗，發現該臺設備存在明顯的濕硫化氫應力腐蝕開裂;梳理總結整個檢驗過程，得出以下關于濕硫化氫損傷的檢驗要點。

1)重視檢驗前的重點設備篩選工作，對照本次檢驗結果，查出該臺濕硫化氫應力腐蝕開裂的設備在篩選出來的名單之中，說明該篩選方法切實有效。做好篩選工作可做到有的放矢，提高檢驗方案的合理性，集中檢驗力量，也減少過度檢驗的發生。

2)檢驗方案可進一步細化，針對同一臺設備(尤其大型設備)的不同相態區間(液相、氣相)，不同介質分布區域，不同腔體(本體、夾套，管程、殼程)應根據各自的損傷模式分別制定相應的檢驗方案。比如對T306設備，上部與下部的介質不一樣，損傷模式也不一樣，濕硫化氫應力腐蝕開裂主要發生在下部，因此對下部的檢驗方法自然與上部側重點不同。

3)目視檢查和測厚是發現濕硫化氫損傷的有效方法，因此檢驗之前的準備工作一定要為這兩項檢查提供方便。例如，腳手架應搭到位，檢測部位如有保溫應全部拆除，尤其對篩選出的重點設備應做到檢驗全面細致，不能圖方便只檢查平臺附近或容易檢查的部位。

4)注意檢驗方法，宏觀檢驗時針對氫鼓包正面目視很難發現輕微的鼓起，這時如采取用手電貼著筒壁照射的方法會更有效果。密集測厚(或采用電磁超聲測厚)則對發現還未鼓起的氫致開裂較為有效。

5)根據檢驗結果，發現氫致開裂形成的鼓包內外表面均可能發生，發生在哪一面主要取決于板厚以及板材中不連續夾雜的具體位置，一般認為夾雜靠近內壁的，鼓包會形成于內壁，反之會形成于外壁。因此實際檢驗中對可能發生濕硫化氫損傷的設備必須要打開進入，并拆除外保溫，內外表面均應詳細檢查。

[1]錢伯章.含硫原油加工工藝研究[J].石油規劃設計，2005，16 (3):1-5.

[2]馮秀梅，薛瑩.煉油設備中的濕硫化氫腐蝕與防護[J].化工設備與管道，2003，40(6):57-60.

[3]崔新安，寧朝輝.石油加工中的硫腐蝕與防護[J].煉油設計，1999，29(8):61-67.

[4]王維宗，晁懷瑞，于鳳昌，等.煉油常用鋼材的抗HIC性能及評價方法的研究[J].煉油技術與工程，2005，35(8):39-42.

[5]富陽.壓力容器氫致開裂超聲相控陣檢測[J].無損檢測，2013，35(6):23-31.

王梅

2015-03-19

鄭斌(1982-)，男，工程師，現主要從事壓力容器壓力管道監督檢驗、定期檢驗、安全評估等方面工作。