2.25Cr-1Mo加氢裂化热高压分离器损伤机理分析

54 化 工 设 备 与 管 道 第 41 卷2. 1 高温氢腐蚀与高温高压氢介质接触的热高分选材时首先考虑氢腐蚀 , 一般情况下 , 按照美国石油协会 A P 线 ) (图 1) 选用铬钼钢。考虑到安全 ,在选材时 ,曲线温度取设计温度加 28 (50 F) ,曲线压力取氢分压加 0. 34M 选用材料。美国埃索 ( 准规定 ,选择临氢材料必须执行 线 ,我国抗氢材料的选择的依据也是 线 1 。由图 1 可图 1 纳尔逊曲线 (线1 概述镇海炼化公司加氢裂化装置 1999 年进行改造 ,新增了缓和加氢裂化系列。该系列新增的热高压分离器 (以下简称分离器 )由洛阳石化工程公司设计。其技术参数见表 1。分离器是在高温、高压临氢 (含 件下操作 , 设备的选材应该与热壁加氢反应器一样 ,壳体应该采用 2 14 1 为了增强其对防高温硫化氢 + 氢的腐蚀性能 , 应该在内部加双层堆焊347。设计分离器的思路是考虑该设备服役 4 5年后 , 作为新建一套加氢裂化的冷高压分离器使用 ,因此内壁未加堆焊层 ,仅将壳体增加 6前分离器已经运行 4年多。表 1 现用分离器的基本参数容器类别 造单位 上海锅炉厂设计单位 洛阳设计院 工作介质 H 2S 3. 72 %(V) 、气设计日期 1996年 12月 出厂日期 1998年 11月设计、制造规范 95容规 公称壁厚 体 152、封头 80主体材质 2 14 1计温度 340设计压力8. 6操作温度 340操作压力 172 分离器损伤机理的分析材 料214 海炼油化工股份有限公司 ,宁波 315207)摘要 对 2 14 1压、临氢 (含 H 2S)工况下损伤机理进行分析并结合检验情况对其进行评估。关键词 分离器 损伤机理 堆焊 腐蚀 评估 1995o., 55 2004 年第 6 期3 分离器在制造过程中出现的问题及处理方法热高分筒体与底部封头的环缝整条焊缝的外壁采用自动焊接 , 焊接结束后进行了 6 小时的去氢处理。由于封头与筒体交接处过渡不佳 ,利用去氢余热进行了碳刨削边 ,并内壁调磨焊根 ,后来在环缝外壁还没有进行打磨的情况下发生了局部的细微裂纹。后全面的对环缝进行打磨配以磁粉检查发现整圈环缝上不均匀的分布多处横向和纵向裂纹 , 裂纹部位均在焊缝上 ,个别涉及母材。对环缝产生的原因进行分析 ,认为是冷裂纹 ,焊缝中的含氢量过高且焊后去氢不充分 , 导致诱发焊表 2 与铬含量有关的系数铬含量 % 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9. 000 0. 957 0. 916 0. 877 0. 840 0. 804 0. 769 0. 736 0. 704 0. 675见分离器也适合选用 2 14 . 2 2 14 4 25 575温度下长期使用过程中 ,会产生回火脆性。分离器设计温度达到 340 ,所以要考虑回火脆性 , 设计要求 2 14 材料采用碱性电炉冶炼 ,真空碳脱氧 ( 或碱性电炉、碱性平炉初炼 , 精炼炉精炼 , 真空碳脱氧等工艺生产 ,以获得低 从根本上提高 2 14 材要求采用正火 (允许加速冷却 ) +回火的热处理 ,回火脆性的敏感性按照式 ( 1) 和式 ( 2) 的规定控制化学成分 ,焊材及各种焊接工艺成形的焊缝金属 (包括热影响区 )均应满足式 ( 2) , 主体材料和焊接材料都应经过阶梯冷却试验 ,达到式 ( 3)的要求 2 :J 系数 ( ( P+ 104 100( %) ( 1) 10P+ 54 15 2)v 3. 0 v 10 (3)2. 3 高温 线选材仅仅涉及到材料的高温氢腐蚀 , 它并不考虑在高温时的其他重要因素引起的损伤 3 。分离器设备中有 在操作温度高于 204 , 别是当硫化氢和氢共存的条件下 ,它比单独硫化氢产生的腐蚀速度要更为剧烈和严重。高温 起的是均匀腐蚀 , 其材料的选择 , 一是参考相似条件的经验数据 ; 二是根据柯珀(曲线 (见图 2 , 图 3) 来估算材料的腐蚀速率。所选材质的腐蚀速率不宜超过 0. 25a。根据洛阳工程公司的改造设计末期数据和实际测算看 , 介质中 3. 6 % 根据硫化氢浓度 线图 2 , 查得碳钢的腐蚀率为 26 0. 65a) ,然后根据 量的系数 行修正 (表 2 中 2 14 . 907) , 所以2 14 . 65a 0. 907=0. 59 a。如此高的腐蚀速率 ,是不利于分离器的安全生产的。通过 可以知道 18- 8不锈钢耐高温硫化氢的腐蚀性能良好 , 其腐蚀率不到 0. 05a。图 2 碳钢在 H 2S + H 2 中的等腐蚀曲线图 3 18 - 8钢在含 H 2S + H 2 介质中的等腐蚀曲线 1995o., 56 化 工 设 备 与 管 道 第 41 卷缝产生延迟裂纹。氢含量高的原因是最后一桶药粉干燥不够 ,实际产品的去氢温度、时间不足。返修对策 : 第一步是采用机加工方法彻底清除裂纹 ,第二步是焊接返修。为了确保返修一次成功 ,决定采用带衬垫的单面坡口形式 , 在外侧用自动焊焊妥。为此专门进行了焊接工艺评定 ,实际焊接试板经过预热、焊接、去氢、模拟焊后热处理之后 ,在确认试板无缺陷后对试板进行解剖取样。对试板的焊缝金属进行了室温及 415 高温的拉伸试验、 的低温冲击 ; 焊缝金属回火性能试验以及对试板进行了全接头拉伸、弯曲试验、焊接热影响区的冲击试验 , 所有试验结果满足产品技术条件的要求。在工艺评定和加氢产品数条环缝及接管成功焊接的基础上 ,拟定了底封头与筒体环缝的返修工艺。顺序如下 :(1) 坡口表面 100 %(2) 预热 200 ,内壁焊工艺衬板 ,外侧坡口采用自动焊一次焊妥 ;(3) 立即中间热处理 ;(4) 预热 200 ,拆除 型铁及工艺衬板 ;(5) 砂轮修磨 ,焊缝 100 %修结论 : 实际的返修已经清除了原焊缝全部焊缝金属及热影响区 ,在实际返修过程中 ,焊接技术人员、质检人员连续跟班 ,严格检查。焊缝返修结束后通过 100 %满足产品技术要求。4 分离器的检验情况分离器于 1999 年 5 月投运 ,于 2001 年 4 月委托化学工业部化工设备检验检测中心站进行首检 , 并于 2003 年 5 月委托宁波锅炉压力容器检验所检验。检验情况如下 :(1)无损检测表 3 分离器 2003 年 5 月检验硬度 ( 号 焊缝 热影响区 母材1 212、 224、 228 200、 204、 208 185、 187、 1852 213、 221、 219 199、 210、 205 185、 183、 1893 225、 220、 218 206、 210、 209 181、 189、 1884 228、 229、 224 207、 204、 211 185、 188、 1825 224、 228、 217 208、 213、 210 184、 182、 185通过检测分离器外壁保温状况良好 , 无脱落现象。焊缝外观质量良好 ,均无表面裂纹、变形、咬边、泄漏等异常现象。各支承裙座、紧固螺栓等完好。按照 4,对热高分内表面焊缝进行检测 ,无裂纹、气孔等可记录缺陷 ,检测结果合格。对热高分主焊缝、顶部弯管进行检测 , 无裂纹、气孔等可记录缺陷 ,检测结果合格。此外利用现场金相仪进行对顶部封头与筒体连接处焊缝上下进行金相分析 , 材质晶粒度等级为 7 8级 , 符合使用要求。另外硬度也符合要求 (见表 3) 。(2)壁厚测定在装置目前的运行工况下 , 由于精制反应器2使该设备存在较大的高温 次壁厚测量的数据如表 4所示。表 4 分离器检测壁厚 (类 年份 平均厚度 最小厚度 平均腐蚀速度筒体测厚数据2001年 155. 5 153. 5 1. 253. 1 152. 5封头测厚数据2001年 91. 7 87. 2 0. 89. 1 86. 95 结束语(1) 分离器实际操作温度低于 300 , 主材不可能发生回火脆性。(2)表 4 对 2 次检验平均壁厚的腐蚀速度进行了估算 ,筒体的腐蚀速度达到 1. 2a ,所以热高分安全使用期限仅仅为 : (152. 5 - 146) / 1. 2 = 5. 4 年 , 虽然可以安全运行到下一个周期 , 但如此高的腐蚀速度与当时设计院估算的相差较大 , 腐蚀量要明显大于理论计算 , 应该把分离器更换到新加氢裂化的冷高压分离器中去 , 新上一台双层堆焊 347 的分离器。(3) 在下次检修时一定要加强测厚工作 ,特别是要对上 2 次检验测厚过的点要进行仔细测厚 , 然后再进行比较分析 ,为以后