冷低壓分離器全面檢驗及缺陷處理

周先勤，李飛，汪志福，姚遙，劉程遠

（合肥通用機械研究院有限公司 國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽 合肥 230031）

冷低壓分離器用于加氫裝置中，在石油化工行業(yè)有著廣泛的應用。處于反應部分的冷低壓分離器的作用是將反應產物進行油、氣、水三相分離，介質中含有油、含硫污水、硫化氫、氫氣、少量水，一旦發(fā)生事故就會給人民生命及國家財產造成嚴重威脅。因此，嚴格執(zhí)行《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》，按時對壓力容器進行全面檢驗，對消除隱患有著積極意義。

1 冷低壓分離器概況

某廠柴油加氫精制裝置冷低壓分離器2012年設計制造，2014 年5 月投入使用，結構如圖1。

圖1 冷低壓分離器結構圖

冷低壓分離器由殼體、入口裝置、氣液分離裝置（篩孔板）和液位（界位）控制部分組成。

主要技術參數見表1。

根據《固定式壓力容器安全技術檢測規(guī)程》的要求，此次對該容器進行首次全面檢驗，在檢驗中，發(fā)現(xiàn)了容器內壁多處接管角焊縫出現(xiàn)裂紋。大量檢驗實例證明，首次全面檢驗在壓力容器定期檢驗中非常重要。通過首次檢驗，能夠確定容器是否存在設計、制造、安裝缺陷，而且通過對容器材料的腐蝕性檢測（宏觀檢測、測厚等）能確定材料與介質的相容性。用戶根據檢測結果和檢驗結論，可以及時了解容器的安全狀況，預知容器的安全隱患級可能發(fā)生的安全問題，更科學地對容器進行管理，從而提高容器的安全性和容器的使用壽命。

表1 冷低壓分離器主要技術參數

2 全面檢驗

2.1 檢驗方案制定及資料審查

根據《固定式壓力容器技術監(jiān)察規(guī)程》、《承壓設備無損檢測》、《壓力容器》、《承壓設備損傷模式識別》等，制定具體的全面檢驗方案。在檢驗前，檢驗人員對容器的設計及制造資料、竣工資料、使用管理資料以及年度檢查報告等進行審查。

2.2 宏觀檢查

對容器的結構、幾何尺寸及外觀等進行檢查，在此次檢查過程中，沒有發(fā)現(xiàn)內外表面有明顯腐蝕現(xiàn)象。

2.3 壁厚測定

壁厚測定位置選在接管部位、液位經常波動部位、物料進出口等易受腐蝕、沖蝕部位。此次測得最小壁厚筒體26.0mm，封頭25.8mm，結果表明無明顯減薄現(xiàn)象。

2.4 無損檢測

（1）超聲檢測。根據方案要求，對容器焊縫進行50%的超聲檢測，檢測過程中，沒有發(fā)現(xiàn)可記錄超標缺陷。

（2）磁粉檢測。對容器外表面焊縫進行10%磁粉檢測，未發(fā)現(xiàn)缺陷。在容器內表面焊縫100%熒光磁粉檢測時，發(fā)現(xiàn)容器下部8 處接管角焊縫有裂紋顯示，裂紋總計36 條，長度在10 ～18mm 之間，部分裂紋現(xiàn)場圖見圖2。

圖2 熒光磁粉檢測

2.5 安全附件檢驗

安全附件檢驗包括安全閥、壓力表、液位計的檢驗，經檢查液位計完好，指示清晰準確，安全閥在校驗有效期內，能夠滿足使用要求。

3 缺陷處理及分析

3.1 缺陷處理

為確保該冷低壓分離器安全運行，對本次發(fā)現(xiàn)的8 處接管角焊縫的36 處裂紋進行返修。現(xiàn)場由探傷人員確認缺陷位置后，用碳弧氣刨、角磨機去除缺陷，在消除缺陷過程中，無損檢測人員要進行消缺確認工作，直到缺陷徹底清除后才能進行補焊，焊接完成24h 后，對缺陷返修部位進行100%無損檢測，經無損檢測合格后進行焊后局部熱處理、超聲波復驗。

3.2 缺陷分析

（1）硬度測試。缺陷經表面打磨后，分離器內部有呈片狀腐蝕垢物（圖3）。

對接管附近母材，熱影響區(qū)及焊縫金屬進行硬度測試，測試結果見表2。

結果表明：內壁筒體母材硬度值基本正常，但內壁接管角焊縫及焊縫金屬硬度值偏高。

（2）裂紋金相分析。對接管角焊縫裂紋部位進行金相組織試驗，得到裂紋形貌見圖4。

金相照片顯示，裂紋從焊縫向母材方向擴展，從微觀上觀察該裂紋為穿晶開裂，裂紋附近區(qū)域硬度較高且存在馬氏體淬硬組織

（3）結果分析。冷低壓分離器接管裂紋屬于硫化氫應力腐蝕裂紋，當介質中同時存在硫化氫和水時，硫化氫在水中溶解發(fā)生電離，在內表面附近產生大量氫原子，其化學反應過程如下：

圖3 缺陷局部圖

表2 硬度測試結果 HB

圖4 裂紋金相照片

水溶液中含的硫化氫電離為H+和HS-，吸附在鋼材內表面上的HS-促使陰極加速放氫，同時硫化氫又能阻止氫原子結合成氫分子，因此鋼材的內表面聚集了大量的氫原子，加速了氫原子向鋼材中滲透的速度。由于接管角焊縫存在的殘余應力作用下，裂紋沿厚度方向不斷開裂，本容器的實測裂紋深度已達到13mm。

4 預防措施

對于硫化氫應力腐蝕開裂，常用的預防措施有：選用合適的鋼材或合金，或設置有機防護層；采用高純凈度的抗氫致開裂鋼；控制焊縫和熱影響區(qū)的硬度不超過HB200（布氏硬度）；焊接接頭部位進行焊后消除應力熱處理；使用專門的緩蝕劑等。針對本臺容器，由于接管角焊縫的焊后熱處理不當，在焊縫金屬產生淬硬組織，硬度較高，在濕硫化氫環(huán)境下，產生了應力腐蝕裂紋。所以，在經過消缺、補焊后，要做好消除殘余應力處理。

5 結語

通過對冷低壓分離器的全面檢驗，消除了安全隱患，對裝置的安全運行起到了至關重要的作用。經過這次檢驗，應對工藝狀況進行評估，確定最容易發(fā)生損傷的設備和管道。必要時對游離水進行現(xiàn)場取樣，檢測工藝狀況。針對這8 處接管裂紋部位，經返修合格后，還應在外部進行超聲波橫波檢測或相控陣技術進行定期的有效監(jiān)測或RBI 評估，防止裂紋的再次發(fā)生。