壓力容器氫鼓包原因及防范措施

梁建中（山西金象煤化工有限責任公司 山西晉城048102）

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壓力容器氫鼓包原因及防范措施

梁建中
（山西金象煤化工有限責任公司 山西晉城048102）

1　容器鼓包現象

山西金象煤化工有限責任公司“18·30”項目采用CO2汽提法尿素工藝以煤為原料生產尿素，設計產能300 kt/a，實際產能達到400 kt/a。自2011年10月開車以來，對設備、工藝方面存在的問題不斷進行優化改造。

變換系統采用全低變工藝、鈷鉬催化劑；滿負荷生產時，半水煤氣氣量為122 000 m3/h（標態）。2013年10月20日，凈化車間操作人員在正常巡檢過程中發現全低變系統出口的冷凝水收集器有輕微的鼓包現象；后再次組織人員進行檢查、測厚，判定設備容器外壁有3處鼓包，鼓包部位的厚度約為設計壁厚的一半。停車后，徹底檢查容器內壁，發現有166個鼓包，鼓包的范圍絕大部分在容器的液相部位，氣液交界處最為集中，鼓包面的直徑在30～400 mm，內壁鼓包部位測厚為3～8 mm，其中13個鼓包已經開裂，裂紋深度為2～4 mm、長度為30～100 mm。從裂紋斷口處觀察，斷裂為脆性斷裂，斷口表面經分析顯示硫含量較高，裂紋內充滿腐蝕產物；外壁鼓包部位測厚為10～12 mm，說明容器板材已經分層，分為兩層或多層。后經容器切割證實板材已經分層。

2　容器鼓包原因分析

冷凝水收集器設備參數見表1。由表1得知，氣體介質中含有H2S，H2S與水共存時會形成濕H2S環境，進而腐蝕Q345R鋼材，生成FeS。

表1　冷凝水收集器設備參數

H2S離解反應：

陽極反應：

H2S在水中離解出H+，從鋼材表面得到電子后，還原成氫原子。氫原子間有較大親和力，易結合成氫分子排出；然而，介質中的H2S消弱了這種親和力，部分抑制了氫分子的形成，使原子半徑極小的氫原子很容易滲入鋼材的內部，并融入晶格中。滲入金屬中的氫原子會結合成氫分子，隨著氫分子數量不斷增加，其形成的內壓不斷增高，引起材質界面開裂，形成分層，并進一步形成氫鼓包；當壓力足夠大時，鼓包部位就會開裂。

在金屬內滲透的過程中，氫原子大多會聚集在金屬內有缺陷的區域，如金屬夾雜、分層、晶格缺陷等處，聚集形成氫分子。冷凝水收集器鼓包就屬于此種情況，其原因是設備所用材質中含有過量的非金屬夾雜物以及鋼材存在晶格缺陷。

3　容器鼓包預防措施

（1）從容器內的介質方面考慮，消除或減少H2S含量可減輕鋼材的腐蝕。對于Q345R材質，H2S體積分數應控制在5×10-5以下，同時還應控制好溶液的pH在中性條件下，氫對鋼材的滲透量最低，在酸性、堿性溶液中滲透量較高。Q345R鋼制容器內介質腐蝕程度見表2。

表2　Q345R鋼制容器內介質腐蝕程度

（2）從容器材質方面考慮：①鋼材內S和P的含量對氫鼓包影響最大，在ω（S）≤0.002%和ω（P）≤0.002%的條件下，發生氫鼓包的可能性大大降低，因此，必須使用S和P含量低的鋼材。②鋼材的組織對H2S腐蝕的影響也很重要，對同一成分的鋼材進行合適的熱處理而得到適當的金相組織，可充分發揮鋼材的抗H2S應力腐蝕破裂的能力，因此，在制作時可對容器進行熱處理，尤其對于較厚的板材焊接成的容器，可減少氫鼓包的產生。③選用鋼材應使用空穴少的鎮靜鋼或對氫滲透低的奧氏體不銹鋼，也可采用鎳襯里或不銹鋼襯里以及涂刷環氧瀝青涂層來減少氫腐蝕。

4　結語

綜合以上因素，山西金象煤化工有限責任公司采用了奧氏體304不銹鋼材質來代替原先的Q345R材質，以防止H2S對設備的氫鼓包腐蝕。更換后至今，在日常檢測設備的過程未發現有鼓包現象。

收稿日期（2015-02-15）