反應器內壁翹皮問題修復處理

杜文鵬

摘 要：管式反應器是糠醇生產中的關鍵設備。反應器運行1個周期后，在清理反應器內壁時發現有兩處翹皮，分別為距頂部600mm和900mm處發生翹皮。基于此，本文首先描述了翹皮的具體情況，然后分析翹皮產生的原因，最后探討修復方案。

關鍵詞：反應器；內壁翹皮；氫腐蝕

中圖分類號：TE966 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）22-0053-02

Repair of Skin Lining Problem in Reactor

DU Wenpeng

（Henan Xinlianxin Chemical Fertilizer Co.， Ltd.，Xinxiang Henan 453700）

Abstract： Tubular reactor is the key equipment in furfuryl alcohol production. After a period of operation， two skin warping spots were found in the inner wall of the reactor， which were 600 mm and 900 mm from the top respectively. Based on this， this paper first described the specific situation of skin warping， then analyzed the causes of skin warping， and finally discussed the repair program.

Keywords： reactor；inner wall peels；hydrogen corrosion

管式反應器是糠醇生產中的關鍵設備，工作中需要將氫氣與糠醛加催化劑接觸反應生成糠醇。反應器為無縫管制造，運行1個周期，在清理反應器內壁時發現有兩處翹皮，分別為距頂部600mm一處，900mm一處。

1 反應器安裝位置及情況

管式反應器是糠醇生產中的關鍵設備，工作中需要將氫氣與糠醛加催化劑接觸反應生成糠醇，反應器為無縫管制造。反應器內套325mm×16mm，全容積0.64m3，主體材料20號鋼，設計壓力：8.8MPa，工作壓力：8.0MPa，設計溫度230℃，工作溫度220℃，工作介質為H2和糠醇；反應器有夾套加熱，夾套管377mm×8mm，設計壓力0.6MPa，工作壓力：0.4MPa，設計溫度155℃，工作溫度144℃，工作介質為蒸汽和冷卻水，外圈有蒸汽環管，夾套20號鋼。

設備總高9.5m，安裝在框架中，支座在5m層，下端法蘭距地面1.5m，距框架頂7m，中間隔2層平臺，上下都封頂[1]。

2 翹皮具體情況描述

反應器間歇運行，定期清焦，在投產運行一個周期后開蓋進行內部結焦清理，拿扁鏟向下清理，清理到距頂部約600mm和900mm位置時，發現有兩處黑片，無論如何都清理不下。通過檢查發現該處卷曲，仔細檢測發現是連在內壁上的翹皮。對600mm處的翹皮進行測量，翹皮為弧線形，寬約60mm，高45mm，最厚處約4mm，900mm處的翹皮無法測量，目測比600mm處的翹皮大。

反應器內筒計算厚度為11.37mm；內腐蝕裕量：3mm；外腐蝕裕量：2mm。實際厚度需16.37mm，現缺陷部位只有12mm，必須進行處理。

3 翹皮產生的原因

20鋼管的生產工序通常是冶煉—方坯連鑄—軋制—穿管。翹皮是在穿管之后宏觀可見的缺陷之一，屬比較嚴重的產品質量問題，通常要判廢。無縫鋼管內表面有翹皮的現象多由鏜滾加工不當造成，缺陷內部存在聚集的大型夾雜物，翹皮缺陷的形成，是在穿管深加工過程中，管壁不斷減薄，夾雜物逐漸外露，表皮外翻所致。鋼管內表面允許存在無根易剝落（或在熱處理時可燒掉）的翹皮。對于有根的翹皮，應修磨或切除。該處為有根翹皮。

4 確定修復方案

4.1 根據現場實際情況進行檢修

經各方研究，結合現場實際情況，現場場地狹小，該反應器距頂還有兩層平臺，只有一側能夠站吊車且外側還有一排管架，該反應器拆除更換難度大，最終決定現場修復。鍋檢所備案辦理相關檢修手續。

用內窺鏡對反應器內壁進行檢測，用超聲檢測內筒體外表面，檢測其是否有翹皮、裂紋等缺陷，用測厚儀檢測壁厚是否符合要求。在距上端部600～1 200mm處將外夾套用氣割割開，切開夾套，對翹皮部位進行檢查。沒有發現異常，管內壁其他部位無翹皮現象，測厚也符合要求，厚度在16.3mm以上。經過仔細檢查，其他部位無異常[2]。

4.2 運行危害性分析

檢查結果是只有上部兩處翹皮，其他部分都符合要求，而如何修復這兩處翹皮則成為一個重要問題。該反應器在氫氣環境下工作，工作壓力為8.0MPa，工作溫度220℃，糠醇與氫氣在催化劑作用下反應較劇烈，溫升較快不易控制。修復時，要考慮接口焊縫部位的處理質量，避免氫腐蝕。

氫腐蝕（Hydrogen Attack）是指鋼暴露在高溫、高壓的氫氣環境中，氫原子在設備表面或滲入鋼內部與不穩定的碳化物發生反應生成甲烷，在鋼內部生成的甲烷無法外溢而集聚在鋼內部形成巨大的局部壓力，從而發展為嚴重的鼓包開裂。

壓力容器的氫脆（或稱氫損傷）是指其器壁受到氫的侵蝕，造成材料塑性和強度降低，并因此而導致的開裂或延遲性的脆性破壞。高溫高壓的氫對鋼的損傷主要是因為氫以原子狀態滲入金屬內，并在金屬內部再結合成分子，從而產生很高的壓力，嚴重時會導致表面鼓包或皺折；氫與鋼中的碳結合，使鋼脫碳，或使鋼中的硫化物與氧化物還原。

介質中含氫（或硫化氫）的容器是否會發生氫脆，主要取決于操作溫度、氫的分壓、作用時間和鋼的化學成分。溫度越高、氫分壓越高，碳鋼的氫脆層就越深，發生氫脆破裂的時間也越短，其中溫度是重要因素。鋼的含碳量越高，在相同的溫度和壓力條件下，氫脆的傾向越嚴重[3]。

溫度越高或者壓力越大，發生高溫氫腐蝕的起始時間越早。氫分壓8.0MPa是個分界線，低于此值影響比較緩和，高于此值影響比較明顯；操作溫度200℃是個臨界點，高于此溫度，鋼材氫腐蝕程度隨介質溫度的升高而逐漸加重。該反應器工作壓力工作溫度均在氫腐蝕環境下。

4.3 處理方案

該反應器內壁較小，在1 000mm深的部位也無法打磨，切割坡口及焊接質量無法保證。為妥善處理該問題，決定將外圓鋼管長度方向量到管口約1 100mm進行割除，包含缺陷位置的內圓鋼管長度方向量取到距管口長約1 000mm進行割除，重取一段新管進行更換，先將管頭與法蘭連接好，再對接下段。使用砂輪修磨清除切割物，見金屬光澤、除去滲碳層，滲透檢測或磁粉檢測確認切口處無裂紋、夾渣等異常。打磨25°外坡口，坡口光滑，焊接坡口及兩側各25mm范圍內除去影響焊接的油、銹、污物、滲透檢測藥劑，清理、清洗干凈后再進行焊接。氬弧焊打底焊接，全焊透，焊接選用E4303焊條，ER49-1焊絲。[Φ]3.2焊條的焊接參數如下。電流：90～120A，電壓：22～24V，焊接速度：14～16cm/min。

焊條施焊前，150℃烘干保溫2h，焊后清理熔渣及飛濺物，焊縫外觀質量檢查焊縫表面無氣孔、無夾渣、無裂紋、無未熔合、無咬邊。

焊接結束后首選100%射線檢測，Ⅱ級合格；現場條件不具備時對焊縫進行100%超聲檢測，Ⅰ級合格[2]。

5 現場試壓檢驗

5.1 施工機具

試壓泵、量程在15MPa以上的壓力表2塊等。

5.2 試壓工藝

介質：水；試壓部位：殼體；試驗壓力：13.7MPa；計壓力：8.8MPa；工作壓力：8.0MPa；壓力表等級：1.6級；保壓時間：30min。

5.3 通知鍋檢所質檢員到場，對殼體進行水壓試驗

①緩慢升壓至設計壓力8.8MPa，保壓30min；②確認無泄漏后續升壓到試驗壓力13.7MPa，保壓30min；③降至設計壓力8.8MPa，保壓30min；④水壓試驗合格標準：無滲漏，無可見變形，無異常響聲。

5.4 通知鍋檢所質檢員到場，對外夾套進行水壓試驗

①緩慢升壓至設計壓力0.6MPa，保壓30min；②確認無泄漏后續升壓到試驗壓力0.82MPa，保壓30min；③降至設計壓力0.6 MPa，保壓30min；④水壓試驗合格標準：無滲漏，無可見變形，無異常響聲[4]。

6 結語

對反應器內壁翹皮的檢查，分析翹皮產生的原因，經多單位研究，現場實際檢查，危害性分析，采取徹底修復措施，取得圓滿檢修效果，設備投運后正常。

參考文獻：

[1]王奉平，李健，趙愛民.鍋爐低溫再熱器內壁腐蝕原因分析及預防措施[J].華電技術，2017（8）：32-35，78.

[2]龐啟航，唐荻，趙愛民，等.熱軋鋼板表面翹皮缺陷的形成機理及控制[J].軋鋼，2014（6）：9-11.

[3]沙少沖，曹鳴.用于檢測過程系統廠級蕩源方法效果測試的多回路控制系統仿真平臺的設計及研究[J].工業控制計算機，2017（1）：3-5.

[4]楊建華，馬文民.電站鍋爐小徑管內壁裂紋超聲波檢測[J].中國電力，2014（12）：42-44.