一臺天然氣臥式氣液分離器檢驗案例分析

郭云寶

(遂寧市特種設備監督檢驗所,四川 遂寧 629000)

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一臺天然氣臥式氣液分離器檢驗案例分析

郭云寶

(遂寧市特種設備監督檢驗所,四川 遂寧 629000)

某井場一臺天然氣氣液分離器進行定期檢驗，下筒體接管正下方區域壁厚測定異常：設計壁厚18 mm，實際測厚最小值11.7 mm。根據該設備材料質量檢驗報告、設備運行工況、介質特性及壁厚減薄部位的特定性分析預判可能為局部腐蝕減薄或分層缺陷，經開罐內部檢驗結果證實為局部腐蝕減薄。按照《壓力容器定期檢驗規則》中對有腐蝕的壓力容器安全狀況等級評定的相關規定，確定該設備的安全狀況等級并提出更換下筒體的建議。進一步分析腐蝕成因并提出預防措施，探討該類壓力容器使用管理重點、定期檢驗重點，同時給出使用單位對此類壓力容器特定部位做壁厚定期監測的建議。

分離器 定期檢驗 壁厚減薄 分層 局部腐蝕

1 臥式氣液分離器基本情況

1.1 設備結構和參數

某井場一臺天然氣臥式抗硫氣液分離器，雙筒結構，設備結構簡圖見圖1。該分離器于2005年11月制造完成，2006年11月安裝投用。設備下筒體為20G，上筒體及上、下封頭均為20R，焊后整體消應力熱處理后交貨。設備技術參數見表1。

圖1 設備結構示意

項目數據項目數據容器類別Ⅱ類直徑/mm377/600設計壓力/MPa6.3筒體壁厚/mm18/22設計溫度/℃65容積/m32.13工作壓力/MPa5.8結構型式臥式單層工作溫度/℃≤50介質含濕H2S天然氣

1.2 運行狀況

設備投用至今，運行基本穩定，所處理天然氣H2S質量濃度31 g/m3。2006年至2010年底處理量為3×104m3/d，2011年至2012年底處理量為10×104m3/d,2013年至今處理量為7×104m3/d。日常排液均通過積液包排液口手動排放，運行至今未打開掏渣口清理固體雜質。

該設備曾于2009年11月及2012年11月分別進行全面檢驗。經宏觀檢查、壁厚測定及無損檢測未發現異常，安全等級評定為3級。

2 檢驗方案及發現的問題

2.1 檢驗方案

結合該井站生產連續性、容器上筒體無人孔無法進入內部檢驗、下筒體掏渣口小等具體情況制定檢驗方案要點如下：

(1)資料審查。重點審查容器出廠技術資料、注冊登記資料、使用運行記錄、歷次檢驗檢測報告、年度檢查報告以及維修改造技術資料。

(2)宏觀檢查。包括外觀、結構以及幾何尺寸。

(3) 壁厚測定。采用超聲測厚方法對主要受壓元件壁厚進行測定，測厚點數每塊鋼板應不少于4點。其測厚點的選擇遵循以下原則：

①設備筒體測厚點按照90°方位(正上、下、左、右四個方位，下同)定位，每段筒體不少于4點，重點關注筒體底部；

②封頭部位按照90°方位4點加中心部位一點共計5點，距離環焊縫150 mm；

③介質進口沖刷部位，流動轉向，截面突變等易受腐蝕、沖蝕的部位；

④查閱資料顯示制造時壁厚較薄部位；

⑤進、出物料接管部位，其他接管目視檢查腐蝕狀況后按需要進行超聲波測厚；

⑥宏觀檢驗時檢驗員現場發現的可疑部位。

(4)外表面缺陷檢測。采用磁粉探傷方法檢測焊接接頭的表面及近表面缺陷，檢測部位包括筒體對接焊接接頭(縱、環焊縫交叉部位)、接管與筒體的角接接頭。其檢測長度不少于該對接焊縫長度的20%，若檢驗現場條件不具備(如焊縫被遮擋等)，檢驗員可根據具體情況調整并作說明。

(5)埋藏缺陷檢測。使用單位本次申請檢驗的壓力容器無法開罐進行內部檢驗，按照TSG R7001—2013《壓力容器定期檢驗規則》(簡稱《容檢規》)第29條的規定，采用超聲檢測技術從外部檢測內部缺陷。檢測部位包括上述表面缺陷檢測部位(除角焊縫外)、使用中補焊過的部位、使用中出現過泄漏的焊接接頭部位及兩端延長部位、宏觀檢驗中發現錯邊量和棱角度超標的焊縫部位以及現場檢驗員認為有必要的其他部位。

(6)強度校核。結合無損檢測及超聲測厚結果，校核設備強度。強度校核的原則按照《容檢規》第31條的規定進行。

(7)安全附件。安全閥、壓力表是否符合規范要求，液位計是否完好、正常工作。

(8)安全狀況等級的確定及報告的出具。

2.2 檢驗發現的問題

按檢驗方案的規定，在下筒體正對接管下方部位進行壁厚測定，其壁厚值δmin=11.7 mm，隨即以該點為中心，向四周擴大壁厚測定范圍，在壁厚最小點至排污接管方向壁厚測定值普遍在13.6～16.0 mm內。測厚部位見圖2。

圖2 測厚部位示意

由于測厚值與公稱壁厚存在較大差異(Δmax=6.3 mm)且范圍較大，現場檢驗員認為不會產生如此大的腐蝕減薄量，懷疑是分層缺陷所致?，F有研究表明[1]，分層缺陷是鋼中的冶煉缺陷經過軋制變形后在鋼材中的表現。如果鋼中有缺陷，那么用這種有缺陷的鋼軋制的板材就有分層缺陷，無縫鋼管也可以認為是環形板材，用這種有缺陷的鋼軋制的無縫鋼管就有分層缺陷。

經查該設備出廠技術資料：下筒體材質20G采用GB6479—2000《高壓化肥用無縫鋼管》標準，該標準規定低倍檢驗中鋼管橫截面酸浸試片上不得有目視可見的白點、夾雜、皮下氣泡、翻皮和分層以及無損檢測中逐根進行超聲波探傷檢驗的要求，據此判斷因材料質量原因出現分層缺陷的可能性比較小。

因設備工作介質中含有H2S，為確認是否存在因H2S介質腐蝕引起殼壁鼓包分層，需開罐檢查。于是要求使用單位開罐做內部檢驗，進一步查明該處壁厚值異常的原因。

開罐后發現，下筒體大約二分之一的容積全部被污物堆滿，見圖3。清理污物后觀察到內表面已經產生嚴重局部腐蝕，未見氫鼓包分層現象，見圖4，開罐檢查結果確認為局部腐蝕減薄。

圖3 下筒體污物

圖4 清理污物后內表面

3 問題的成因分析

通過查閱該設備歷次檢驗報告、維護保養記錄及現場詢問等方式，分析認為造成該部位嚴重腐蝕且未被及時發現有如下3種因素。

3.1 濕H2S導致的電化學腐蝕

該井站為濕H2S高含硫井環境，其質量濃度高達30 g/m3，H2S溶于水，使水具有酸性。其離解反應為：

H2S→H++HS-

HS-→H++S2-

釋放出來的氫離子是強去極化劑，極易在陰極奪取電子，促進陽極鐵溶解反應而導致鋼鐵的全面腐蝕。H2S水溶液在呈酸性時，對鋼鐵的電化學腐蝕過程如下的反應式表示：

陽極反應：Fe-2e→Fe2+

陰極反應：2H++2e→Had+ Had→H2

↓

Hab(鋼中擴散)

陽極反應產物：Fe2++ S2-→FeS

式中： Had——鋼表面上吸附的氫原子；

Hab——鋼中吸收的氫原子。

陽極反應生成的FeS腐蝕產物通常是一種有缺陷的結構，它與鋼鐵表面的黏結力差，易脫落，易氧化，電位較低，于是作為陰極與鋼鐵基體構成一個活性的微電池，對鋼鐵基體繼續進行腐蝕[2]，呈現出該容器形成的局部潰瘍狀腐蝕，導致設備壁厚減薄。

3.2 沖刷腐蝕(磨損腐蝕)

該井為高產井，設備使用壓力高、日處理量大，使用壓力一直維持在5.6 MPa左右。壁厚減薄部位正對接管下方易造成沖蝕，長時間不間斷運行導致該正下方點至排污接管區域形成沖蝕帶，繼而該區域形成整體嚴重沖蝕減薄。

3.3 未按規定進行壓力容器年度檢查

使用單位未按照TSG R5002—2013《壓力容器使用管理規則》的要求進行日常維護保養，設備投用9 a來一直未打開掏渣口清理內部污物引發垢下腐蝕；使用單位未落實年度檢查計劃，導致壁厚減薄未被及時發現。

4 問題的處理

(1)由于該區域腐蝕為不均勻腐蝕，不適宜用剩余壁厚強度校核的方法進行定級。

(2)按照《容檢規》第41條第3款的規定：局部腐蝕，腐蝕深度超過壁厚余量的，應當確定腐蝕坑形狀和尺寸，并且充分考慮檢驗周期內腐蝕坑尺寸的變化，按照本規則第38條的規定定級。第38條是關于腐蝕凹坑的計算和定級方法，由于下筒體直徑377 mm，受空間限制不能進入內部對腐蝕坑作凹坑評定，對該處局部減薄導致的結果無法定量確認。

(3)上筒體經過宏觀檢驗、壁厚測定、表面及埋藏缺陷檢測未見異常，為確保生產安全要求業主方聯系原制造單位或有相應資質的單位更換下筒體，具體方案按照《固定式壓力容器安全技術監察規程》TSGR0004—2009第5章相關規定執行。

5 結論及建議

(1) 使用單位應該嚴格按照《中華人民共和國特種設備安全法》的規定切實做到對壓力容器的使用安全負責，嚴格按照《壓力容器使用管理規則》的要求進行年度檢查；

(2)建議使用單位對相類似的其他井場壓力容器接管及接管正對部位、及其他容易受沖刷腐蝕的重要部位做壁厚定期監測，以觀測其壁厚變化；

(3)建議使用單位加強壓力容器維護管理，定期清除容器內堆積的污物，改善和保護容器內清潔度，避免污物和腐蝕產物堆積過多造成垢下腐蝕；

(4)壓力容器檢驗機構應當在充分了解被檢設備使用狀況、損傷模式及失效模式的基礎上制定具有針對性的、可操作性的檢驗方案。對于接管及接管正對的部位宜以正對點為中心，200 mm為半徑范圍內(尤其是接管正下方至排污管方向)增加測厚點以確定是不是存在壁厚異常。

[1] 田黨，李群.關于無縫鋼管離層和分層缺陷的討論[J].鋼管，2012,41(3)：51-56.

[2] 曾永忠.氮肥廠變換工段活性炭吸附塔腐蝕失效成因及對策[J].石油和化工設備，2006,9(6):54-56.

(編輯 王維宗)

Case Test Analysis of a Horizontal Gas-liquid Separator of Natural Gas

GuoYunbao

(SuiningSpecialEquipmentSupervisionTestInstitute,Suining629000,China)

In the regular inspection and testing of a gas-liquid separator for natural gas in a well site, the wall thickness measurement of cylinder body is 11.7 mm minimum which is abnormal as compared with 18mm design wall thickness. According to the equipment material quality inspection report, the operating conditions, the medium properties and the analysis of wall thickness thinning part, the thinning is judged to be the local corrosion thinning or delamination defects, and proved to be the local corrosion thinning after open-tank inspection. According to the specifications on classification of safety of pressure vessels with corrosion in “Regulations on Periodical Inspection of Pressure Vessels” , the safety class of the equipment is determined and replacement of cylinder body is recommended. Based upon further analysis of corrosion causes, prevention measures are proposed and important points for operation management of pressure vessels and periodical testing are studied. It is suggested that the operation company should regularly monitor and test the wall thickness of special locations of this kind of pressure vessels.

separator, regular inspection, thickness thinning, delamination

2016-01-10；修改稿收到日期：2016-02-08。

郭云寶(1977-)，本科，總工程師，高級工程師，現在遂寧市特種設備監督檢驗所從事承壓類特種設備檢驗檢測工作。E-mail：sntjgyb@126.com