加氢裂化装置容器及管线的在用检验

1、22.10.2020,.,1,加氢裂化装置容器与管线的在用检验,合肥通用所压力容器检验站 袁榕 关卫和,22.10.2020,.,2,本专题研究重点,1、了解加氢裂化装置的原理、流程及特点，以及类似高温、高压、临氢环境中易发生的材料损伤类型。 2、了解2.25Cr-lMo钢，以及其它铬钼钢材料（15CrMoR、 3Cr-lMo-1/4V-Ti-B ）的特性，适用范围和选材依据。 3、了解加氢裂化反应器的结构特点，以及类似大型高压、厚壁特殊压力容器制造要求和检验方法。 4、研讨加氢裂化反应器和类似大型、高压、厚壁、重要压力容器制造质量监督检验要点。 5、研讨加氢裂化反应器和类似大型、高压、厚壁、

2、重要压力容器定期检验方案编制、包括内容、程序的确定、检验项目和方法的选择，各种检测方法的应用目的和技术特点 6、各种氢损伤检测方法、缺陷处理方法和安全性分析。,22.10.2020,.,3,加氢裂化装置原理、流程及特点,加氢裂化是将大分子的重质油转化为广泛使用的小分子的轻质油的一种加工手段。可加工直馏柴油、催化裂化循环油、焦化馏出油，也可用脱沥青重残油生产汽油、航煤和低凝固点柴油。加氢裂化装置是炼油厂最重要的的生产装置之一，在高温、高压、临氢状态下操作。 加氢裂化装置的工艺流程主要有三种类型方法： 一次通过法：所产尾油不参加循环。 部分循环法：所产尾油一部分参加循环，一部分排出装置。 全部循环

3、法：所产尾油全部参加循环，不排尾油。 加氢裂化装置主要设备有加氢精制反应器、加氢裂化反应器、加热炉、高压热交换器、高压空冷器、高、低压分离器、高温高压临氢管道、高温阀门等。详见图1、图2、图3、图4。,22.10.2020,.,4,图1 加氢裂化装置流程简图（带循环尾油）,22.10.2020,.,5,图2 大连热壁加氢反应器,22.10.2020,.,6,图3 高温高压临氢管线,22.10.2020,.,7,图4 热高分,22.10.2020,.,8,加氢裂化装置原理、流程及特点,加氢裂化装置是在高温、高压条件下操作，介质为烃类、氢气和硫化氢，运行条件较为苛刻。 高温氢的腐蚀表面脱碳和内部脱

4、碳（氢腐蚀：高温高压氢扩散进入钢中并和不稳定的碳化物反应生成甲烷气体） 高温氢硫化氢的腐蚀（腐蚀形态为硫化氢对钢的化学腐蚀，在富氢环境中90%98%的有机硫将转化为硫化氢，在氢的促进下加速对钢材的腐蚀。 设计时通过选材解决铬钼钢材料作基材，不锈钢复合堆焊作内衬。,22.10.2020,.,9,加氢裂化装置原理、流程及特点,加氢裂化装置的操作范围：操作温度380450，操作压力820MPa.,22.10.2020,.,10,加氢裂化装置原理、流程及特点,主要腐蚀形态和部位 氢损伤 堆焊层氢致裂纹 连多硫酸应力腐蚀开裂 铬钼钢的回火脆化,22.10.2020,.,11,加氢反应器发展简况,有人把加

5、氢反应器的发展分为4个阶段 第一代从1963年日本制钢所正式生产第一台加氢反应器为标志，早期是CrMo钢钢板（少量用锻件）内壁加不锈钢复合板焊接完成，70年前后用内壁堆焊不锈钢的板焊或锻焊结构所代替。 70年代后期我国开始引进加氢裂化装置。 第二代是改良期，由于材料脆化造成的事故，开始研究回火脆化问题，并控制J系数 300、250、180、150(%)。 第三代是成熟期，制造技术逐渐成熟, J系数 130。这个时期国内开始制造锻焊结构加氢反应器，1983年由洛阳院、一重厂、抚顺石油三厂、北钢院、合肥通用所五家组成的联合攻关组研制225Cr-1Mo钢反应器材料和制造工艺，1986年制成模拟环锻件

6、，1989年为抚顺石油三厂生产出我国第一台锻焊结构的加氢反应器筒体壁厚150mm，内径1800，内壁单层堆焊，单重220吨。设计温度450 设计压力20.6MPa。 第四代是更新期，对服役20多年的设备进行更新，同时又满足新的加工工艺和大型化的要求，不断开发新钢种，如225Cr-1Mo-V,3Cr-1Mo-V-Ti-B, 3Cr-1Mo-V-Nb-Ca, 3Cr-1Mo-1/4V, 2Cr-1Mo-1/4V 等，以加V为主进行更新。 225Cr-1Mo钢的J系数 100(%)。,22.10.2020,.,12,加氢反应器发展简况,热壁加氢反应器是炼油、化工行业关键设备。通常在高温、高压、临氢条

7、件(所谓高温、高压、临氢条件是指温度250，氢分压1.4MPa）工作，使用条件十分恶劣。 我国是在70年代末80年代初开始由国外引进热壁加氢反应器的，目前的制造能力已达到千吨级（齐鲁石化公司）。煤化工使用的热壁加氢反应器甚至可以达到2000吨（厚336mm）。据不完全统计国内在用热壁加氢反应器已达上百台。 热壁加氢反应器主要是由225Cr-1Mo钢材和锻件制成的设计壁厚大致在在80240mm范围内（锻焊结构（ 180240mm ）、板焊结构（ 80120mm ），内壁带极堆焊两层奥氏体不锈钢堆焊层（347盖面、309过渡层，表面不加工，防腐蚀）或单层，设计压力为820MPa，设计温度大致在37

8、0410 （目前国内开始大量225Cr-1Mo加钒和3Cr-1Mo-1/4V-Ti-B等材料制造热壁加氢反应器，设计温度可以达到450），工作介质主要是H2、油、H2S等。 由于热壁加氢反应器主体材料面临介质腐蚀、应力腐蚀、氢腐蚀、氢脆、回火脆化和蠕变脆化等一系列问题，国内热壁加氢反应器已使用了620年，其危险性在逐年递增。,22.10.2020,.,13,图5 热壁加氢反应器,22.10.2020,.,14,加氢裂化装置常用材料,22.10.2020,.,15,加氢反应器产生的缺陷及部位,22.10.2020,.,16,材料选择（纯净化）,压力容器专用钢材的纯净化不仅能改善钢的制造工艺性，如

9、焊接时抗热裂、抗冷裂和抗层状撕裂等工艺性能，更重要的是能显著改善钢的耐腐蚀、抗应变时效、抗回火脆化等使用性能，从而可延长压力容器的使用寿命及提高压力容器的使用安全性。 1、专用钢材珠光体耐热钢（GB150、JB4732） 、电炉精炼、真空脱氧；、推荐正火加回火（NT）。15CrMoR（1.0Cr-0.5Mo）、14Cr1MoR（1.25Cr-0.5Mo）、12Cr2Mo1R（225Cr-1Mo）。 2、抗氢腐蚀和回火脆化 、NELSON抗氢曲线 、步冷试验控制材料的回火脆化敏感性（制造时机械性能破坏性评价）。 TT542.5 TT54 38 式中：TT54为原始材料54J转变温度； TT54

10、为回火脆化处理后材料54J转变温度的增量。,22.10.2020,.,17,材料选择（纯净化）,3、日本JIS标准对硫磷含量的要求为：P为0.035以下,S为0.035以下。 日本石油学会对压力容器专用钢材的纯净化提出比较明确规定，如对于高温和高温高压氢环境下使用碳钢和低合金钢Cr-Mo钢板及锻件，为了防止在使用过程中逐年老化（蠕变、蠕变脆化和氢腐蚀），要求压力容器专用钢材的硫、磷含量取以下值为妥：碳钢：P为0.015以下,S为0.010以下；0.5Mo钢:P为0.010以下,S为0.008以下；1.0Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1.0Mo、3.0Cr-1.0Mo

11、、5.0Cr-0.5Mo等中温用钢的P为0.010以下,S为0.008以下。（容规要求P为0.030以下,S为0.020以下） J系数（SiMn）（PSn）104120；X系数（10P5Sb4SnAs）10-215ppm。 湿硫化氢环境下使用碳钢和低合金钢板及锻件，其磷含量不应大于0.005%，硫含量不应大于0.010%。,22.10.2020,.,18,图6 临氢条件用钢防止脱碳和开裂的操作极限（API941第6版）1998年4月,22.10.2020,.,19,图7 临氢条件用C-0.5Mo和Mn-0.5Mo钢的使用经验（API941第6版）1998年4月,22.10.2020,.,20,

12、图8 典型阶梯冷却线图,22.10.2020,.,21,制造要求,1、凡选用材料在使用中有可能发生应力腐蚀开裂的情况，制造后均应进行焊后热处理。对不同材料推荐如下的焊前预热温度（亦可根据焊接工艺评定确定预热温度）。 Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo150；2.25Cr-1Mo200 奥氏体不锈钢堆焊层100 2、焊接施工中应注意问题： 、将应力集中较严重的部位如开口接管、裙座与封头连接部的角焊缝改为对接焊缝。 、焊缝的边缘应打磨圆滑过渡，并将焊肉高度磨平以减小应力集中。 、焊后热处理（PWHT）温度要选择适当，过高强度降低，蠕变断裂延性增加。 、所有角焊缝应彻底检查，以确定无裂纹。反

13、应器制造过程中为提高密封面309和347堆焊层的韧性和抗裂性能，347堆焊层应尽量在最终热处理后再堆焊和加工。 3、反应器内部构件的支座台，内裙联接处为防止裂纹可采用三层堆焊，第一层309，第二层308，最外层347。,22.10.2020,.,22,制造要求,4、热交换器采用U型管结构时，管子为下列材料时，在弯制成型后应进行热处理。 、C-1/2Mo、CrMo钢管在弯曲半径小于5倍管子直径时弯管部分和相邻直管300mm处应进行退火。 、1Cr18Ni9Ti（SUS 321）钢管弯制成形后其弯管部分和相邻直管300mm处要进行固溶化处理，空冷。 、热处理后管子硬度小于下列值 碳钢： HRB72

14、或126HB C0.5Mo钢： HRB77或140HB CrMo钢： HRB85或163HB 1Cr18Ni9Ti： HRB90或185HB 不锈钢管的快速固溶化处理，采用U型管固溶化电加热处理装置，利用电热在20120秒中将钢管加热到1050保温10秒后，向管内通压缩空气，90秒时间内将温度迅速冷却到300，有效避开不锈钢在450800的敏化区域，消除内应力。解决不锈钢U形管的应力腐蚀问题。,22.10.2020,.,23,制造要求,5、在400以上的高温条件下，尽量避免采用异种钢的焊接接头。铬钼钢之间的焊接应采用珠光体焊条，焊后需进行热处理，一般不推荐用奥氏体焊条焊接及焊后不热处理。 在制

15、造上采取的措施是：根据操作条件的苛刻程度可以选用双层衬里堆焊（309+347）或单层衬堆焊（347），双层抗剥离性能要优于单层，如选用单层浅熔深堆焊（PZ法）为提高其抗剥离性能要适当加大堆焊金属的稀释率。最近国内采用抗剥离性能好的高速度大电流堆焊法。 为防止堆焊层焊接热裂纹和操作中产生相，应控制堆焊层焊后状态铁素体的含量在310%范围，堆焊层的铁素体含量可以采用谢菲尔图（SCHAEFFLER）估算或采用铁素体测量仪直接在堆焊层上测量。一般情况下后者测量值偏高，尤其是单层堆焊。,22.10.2020,.,24,在用检验的意义,1、随着我国炼制原油含硫、含氮、酸值的增高加重了对设备的腐蚀。压力容器

16、面临着防止应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤等破坏方式的新课题，如加氢裂化、加氢重整、加氢精制容器的氢损伤与回火脆化、催化再生器的露点腐蚀、延迟焦碳塔热疲劳开裂、湿H2S对低合金高强钢设备的应力腐蚀、冷换设备的cl-腐蚀、尿素设备的晶间腐蚀、化纤设备的醋酸腐蚀等等。 2、石化企业存在着相当数量的业已达到设计寿命(30年)的超期服役压力容器。超期服役的、类容器中，安全状况为3级、4级的容器占50%以上，其安全性与延寿是目前石化企业一个十分重要的课题。 3、石化装置与单体设备的大型化必然导致低合金高强钢的广泛应用，但同时会引起裂纹敏感性增强。目前高强钢压力容器占石化企业全部在用压力容器的1.97%，其中1

17、0%发现有各种原因造成的裂纹。 因此如何提高压力容器管理和在用检验水平是石化企业目前的一个重要任务。,22.10.2020,.,25,高温压力容器的定期检验,1、找出危险源（缺陷、损伤） 、针对苛刻介质和工艺环境，预测高温压力容器可能的失效模式（短期加载下的韧性断裂、长期加载下的蠕变断裂和蠕变疲劳失效、材料回火脆化以及由于不断增长的塑性变形引起的变形失效、泄漏、失稳等）。分析主要缺陷种类及其破坏速率：a、体积型缺陷：死缺陷（埋藏缺陷）；活缺陷如冲刷、点蚀、腐蚀等（主要考虑腐蚀与冲刷速率）；b、平面型缺陷：应力腐蚀裂纹、氢致开裂、再热裂纹、疲劳裂纹（主要考虑亚临界扩展速率）；c、弥散型损伤：白点

18、、蠕变开裂、材质劣化、氢腐蚀（主要考虑材料损伤速率）。 、根据高温压力容器特点，选用合适的无损检测（RT、UT、MT、PT、ET）和理化检验方法（化学成份、金相检验、硬度、铁素体含量检验、晶间腐蚀试验、能谱试验、光谱试验、X、J系数测定、裂纹断口取样等等）。 、探讨高温压力容器无损检测结果的可靠性（一是指不漏掉危险性缺陷的几率；二是指检出结果的真实性。） 2、判断和综合评价：根据实际检测结果，对高温压力容器进行综合评价： 、质量控制标准、检规、断裂力学为主的缺陷评定。 、安全性分析，包括材料损伤的扩展速率和腐蚀性环境的影响。 、高温装置系统的风险评估。 、高温压力容器使用寿命、检验周期判断及安

19、全定级。,22.10.2020,.,26,石化系统中高温压力容器概况,在介质和工艺环境作用下，中高温压力容器面临着防止应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤等破坏方式的新课题，如加氢裂化、加氢重整、加氢精制压力容器的氢损伤与回火脆化、催化再生器的露点腐蚀、延迟焦碳塔热疲劳开裂等等。因此研究和探讨在用高温压力容器的缺陷分析和失效预防方法，是一项具有极其重要意义的工作。 石化企业中典型炼油过程的主要工艺温度范围在200550之间，但在催化裂化和焦化的部分工序中，也有达到700800；典型化肥（合成氨、尿素）生产过程的工艺温度范围在200300之间；乙烯裂解的主要工艺温度范围在700800之间；甲醇合成的主要工

20、艺温度范围在240270之间；环氧乙烷直接氧化法的主要工艺温度范围在260；苯酚合成的主要工艺温度范围在110200之间；合成纤维（涤纶）装置的主要工艺温度范围在115300之间；顺丁橡胶装置的主要工艺温度范围在230左右。,22.10.2020,.,27,高温压力容器的主要失效模式,高温损伤：许多失效事例都与高温环境的损伤有关，在高温下长期运行所发生的组织性能变化和损伤形式主要有：珠光体球化、石墨化、蠕变损伤、蠕变脆化等。 、珠光体球化：碳钢和低合金钢管件在常温下主要为铁素体珠光体组织，在高温下长期使用后珠光体组织中的片状渗碳体会逐渐形成球状渗碳体，并缓慢长大，导致材料常温强度显著降低，引起

21、管件破裂。 、石墨化：碳钢管件在500高温下长期使用后，钢中的碳化物分解，析出球状石墨，并导致材料发生不同程度的脆化，引起管件破裂。 、蠕变损伤：碳钢管件使用温度超过400、低合金钢管件使用温度超过500时，随时间的变化会发生变形，在结晶晶间生成空隙并开裂，最终导致破裂。 、蠕变脆化：低合金钢管件使用温度450650时，在应力比较集中的焊接热影响部位粗晶区域，由于蠕变延性降低引起的开裂。,22.10.2020,.,28,高温压力容器的主要失效模式,高温临氢损伤：炼油二次加工装置均有直接加入或产出氢气的高温(450650)高压(220MPa)的临氢反应过程。氢在高温高压或是初生氢状态时，可能以原

22、子氢的形式向钢材渗透，导致钢材脆化。腐蚀部位发生于加氢精制、加氢裂化及催化重整装置中高温高压临氢设备及管线中，腐蚀形态为表面脱碳及内部脱碳(氢腐蚀)。这些腐蚀发生在碳钢、C-0.5Mo钢及铬钼钢中。其主要失效形式如下： 、氢脆。由于氢残留在钢中所表现出的脆性，氢脆现象是可逆的。 、表面脱碳。钢中的氢在高温下移到表面，在表面形成CH4，其强度和硬度下降，但一般不形成裂纹。 、内部脱碳(氢腐蚀)。 高温高压下的氢渗入钢材后，和不稳定碳化物形成CH4，在晶界或夹杂物附近形成很高压力使钢材产生裂纹和鼓泡，氢腐蚀是不可逆的。,22.10.2020,.,29,高温压力容器的主要失效模式,高温介质腐蚀 、高

23、温硫腐蚀：高温硫腐蚀部位主要为焦化装置、常减压装置、催化裂化装置的加热炉、分馏塔底部及相应的管线、换热器等。腐蚀机理为化学腐蚀，腐蚀形态为均匀腐蚀。其腐蚀过程分为活性硫及非活性硫两部分。所谓活性硫化物，就是它们能与金属直接发生反应；非活性硫化物则是不能直接同金属反应的。 、高温环烷酸腐蚀：环烷酸(RCOOH，R为环烷基)是石油中一些有机酸的总称。环烷酸的腐蚀起始于220，随温度上升而腐蚀逐渐增加，在270280时腐蚀最大。温度再提高，腐蚀又下降，可是到350附近又急骤增加。400以上就没有腐蚀了。腐蚀部位主要为常压炉和减压炉出口、减压炉和减压塔进料段、焦化分馏塔等。一般以原油中的酸值来判断环烷

24、酸的含量。原油酸值大于0.5mgKOH/g(原油)时即能引起设备腐蚀。 、高温硫化氢腐蚀：在富氢的环境中90%98%的有机硫将转化为硫化氢。在氢的促时下可使H2S加速对钢材的腐蚀。其腐蚀产物不像在无氢环境生成物那样致密、附着牢固，具有一定保护性。在富氢环境中，原子氢能不断侵入硫化物垢层中，造成垢的疏松多孔，使金属原子和H2S介质得以互相扩散渗透，因而H2S的腐蚀就不断进行。腐蚀部位主要存在于加氢精制及加氢裂化装置高温(300420)的反应器容器、加热炉管及工艺管线。腐蚀形态为H2S对钢的化学腐蚀。,22.10.2020,.,30,高温压力容器的主要失效模式,高温使用设备停工时常温条件下的失效：

25、石化企业中的中高温容器存在着各种各样的腐蚀形态，开停车时，容易出现应力腐蚀裂纹和氢致裂纹；当设备运行温度在露点以下时，可能产生各类露点腐蚀开裂。 连多硫酸腐蚀 连多硫酸应力腐蚀开裂是在停工和检修期间发生的。产生连多硫酸应力腐蚀开裂、往往与奥氏体不锈钢的晶间腐蚀密切相关。这种腐蚀首先是引起连多硫酸晶间腐蚀，接着引起连多硫酸应力腐蚀开裂。所以在形貌上开裂往往是晶间型的。 露点腐蚀 、硝酸盐露点腐蚀：催化裂化装置掺炼的常渣油、减渣油及焦化蜡油中的高含量N、S，在催化裂化反应中沉积于待生催化剂表面，在催化再生过程中，成为NOX和SOX等酸性气体且通过设备隔热衬里的缝隙进入到设备金属器壁内壁，当烟气露点

26、温度高于壁温时，烟气中的水蒸汽凝结成水，在内壁与NOX、SOX等形成含有硝酸盐的酸性水溶液，产生硝酸盐露点腐蚀。 、硫酸露点腐蚀：以重油或含硫瓦斯为燃料的装置，常由于烟气中生成的硫酸在温度较低处凝聚而引起腐蚀，通常称为硫酸露点腐蚀。硫酸露点腐蚀一般发生在制氢、催化裂化等装置的加热炉、余热锅炉、空气预热器及烟道、烟囱等部位。主要形态为硫酸露点腐蚀穿孔失效。腐蚀产物主要为硫化亚铁、硫酸亚铁、二氧化三铁、氧化亚铁约占80%。,22.10.2020,.,31,加氢裂化装置损伤形态,1、氢损伤：高温高压条件下扩散侵入钢中的氢（氢原子、新生氢）与钢中不稳定的碳化物起反应生成甲烷，因此引起钢材的内部脱碳，即

27、Fe3C+2H23Fe+CH4，甲烷不能从钢中逸出，聚集在晶界及其附近的空隙、夹杂物等不连续处，以此为起点形成甲烷空隙，形成微小裂缝和鼓泡，随着空隙压力不断升高，就有可能导致钢材的延性和韧性显著下降，在反应器中引起亚临界裂纹扩展，甚至引起脆性破坏。逐渐变成较大的缝隙和裂纹。氢的腐蚀是不可逆的。 2、堆焊层表面裂纹：不锈钢堆焊层金属的表面裂纹表现在表面产生并向母材方向扩展。堆焊层的表面裂纹一般出现在可能存在的三相应力的内件支撑表面，通常有以下特征： 、裂纹一般出现在热壁反应器的内部支撑凸台的部位； 、裂纹以环向裂纹和龟裂为主； 、铁素体含量偏高或偏低的部位容易出现裂纹； 、裂纹从热壁加氢反应器堆

28、焊层的表面向内部扩展。扩展较为严重表面裂纹会穿透347堆焊层，大部分中止在347与309堆焊层的界面上，也有极少数裂纹会穿透309过渡层。,22.10.2020,.,32,照片1 堆焊层裂纹宏观形貌 3 照片2 堆焊层裂纹微观形貌 200 3、连多硫酸应力腐蚀开裂 在临氢设备中，由连多硫酸（H2SXO6，X36）引起不锈钢应力腐蚀开裂更具危险性。在高温硫化氢和氢介质环境下生成的硫化铁在反应器停止运转或检修时，与出现的水分和空气中的氧发生反应生成了连多硫酸，一定的拉伸应力就可能引起奥氏体不锈钢开裂。,加氢裂化装置损伤形态,22.10.2020,.,33,照片3 人孔顶盖密封槽底裂纹形貌 60 照

29、片4 人孔顶盖密封槽底裂纹微观形貌 200 4、鉻钼钢的回火脆化 CrMo钢长时间地保持在325575或在该温度范围缓慢地冷却时，出现的材料损坏、性能劣化的现象，通常称之为高温回火脆化。它产生的主要原因是由于钢中的微量不纯元素在原奥氏体晶界偏析，使晶界凝集力下降。其特征是沿晶破坏形态、冲击韧性的降低和脆性转变温度向高温侧迁移。除化学成分影响外，热处理工艺、加工工艺、强度大小、塑性变形、碳化物形态、使用时的操作温度等许多因素也都会影响到材料的回火脆性。回火脆化是可逆的，将脆化的材料加热到600以上急冷，钢材可以恢复原来的韧性；但一旦产生裂纹则是不可逆的。,加氢裂化装置损伤形态,22.10.202

30、0,.,34,5、堆焊层剥离 剥离现象产生属于氢脆的范围，堆焊层和母材之间的界面在正常操作过程中积累了比二侧多得多的氢，停工冷却时来不及逸出被冻在界面上。且冷却后的反应器氢不断往界面处浓缩，产生很大的垂直应力，有人测试过大约有14kg/mm2的垂直应力。加上两者金属的热膨胀系数之差，在冷却时内壁比外壁降温快，产生大的切向应力。由于材料氢脆现象等因素的叠加，在比较薄弱的部位产生剥离。不锈钢堆焊层的剥离裂纹具有以下特征 、剥离裂纹出现在不锈钢堆焊层与母材熔合面的堆焊层一侧，沿着生长在熔合面上粗大奥氏体晶粒的晶界形成和发展，其性质属氢脆断口。 、两条焊道的搭接部位为剥离裂纹最容易出现的部位，剥离裂纹

31、大多为片状，且基本平行于堆焊层的熔合面。 、堆焊层剥离裂纹的产生与热壁加氢反应器的制造和使用过程息息相关，制造中影响堆焊层剥离的因素包括堆焊材料，焊接工艺，热处理等，使用中影响因素主要为操作工况。,加氢裂化装置损伤形态,22.10.2020,.,35,压力容器无损检测技术进展,1、检测能力、检测精度、检测范围的拓宽和发展：其主要目的就是消除无损检测的检测死角，提高检测的有效性。 、临氢环境下氢致裂纹、堆焊层下再热裂纹、氢致剥离等缺陷超声波检测；、压力容器焊缝和部件高温检测、高温探头的研制和高温耦合剂的研制；、多层热套和多层包扎压力容器超声检测；、压力容器接管角焊缝的超声检测；、实时成象技术；红

32、外检测技术；涡流检测技术；、粗晶材料检测技术。 2、无损检测可靠性的试验研究和评价 对检测结果如何评价，可信度如何，产生第一判断错误和第二判断错误的几率，以根据压力容器的重要程度来确定合适的风险系数。 3、对缺陷三维方向尺寸的测定，尤其是缺陷自身高度的测定直接涉及到缺陷断裂力学计算和缺陷安全评定结果的可信度，因些更应予以高度重视。 、TOFD技术；、聚焦、窄脉冲探头研制；、各种超声检测方法的试验研究。、 4、利用信号分析和处理从声信号中获取更多的缺陷信息：目前用于无损检测信号分析处理的参数已不仅是时域和频域信号，而且包括幅域、相域和倒频域信号等，对缺陷的评价参数种类愈透彻，判断就愈准确，因此今

33、后必然要对这方面难予更大的注意。 、声发射技术；、导波技术；声全息技术等。,22.10.2020,.,36,安全评估与寿命预测技术进展,七十年代，合肥通用所、北京钢铁研究总院、浙江大学等单位率先将断裂力学用于在用压力容器的缺陷评估与寿命预测，进行了大量的试验研究和国外规范的消化。并编制了我国第一部压力容器缺陷评定规范CVDA-1984，该规范与国外同期的缺陷评定规范（如日本WES-2805、英国BS-PD6493、国际焊接学会IIW-X-749-74等）一样都是建立在以D-M模型和宽板试验为基础的COD设计曲线基础之上，只是在应变水平接近材料屈服应变值时，CVDA的设计曲线更加安全。 CVDA

34、主要针对非高应变区的裂纹状缺陷，对体积型缺陷如气孔、夹渣以及接管高应变区缺陷的评估显得过于保守。“七五”攻关期间，劳动部锅检中心与合肥通用所共同对含凹坑、气孔、夹渣等体积型缺陷的压力容器安全性进行了重点研究。“八五”攻关期间，劳动部锅检中心、合肥通用所、华东理工大学、北京航天大学、清华大学等单位在J积分失效评定曲线和通用失效评定曲线为基础的断裂评定方法研究方面、体积型缺陷极限载荷与安定性分析评估技术研究方面、接管高应变区缺陷安全评估方法及综合安全状况等级评定研究等方面取得重大突破。制定新国标。为管检规及容检规奠定技术基础。 GB/T19624-04在用含缺陷压力容器安全评定对体积性缺陷评定采用

35、了极限载荷与安全性分析为基础的研究成果，对平面缺陷断裂评定采用三级技术路线。 1级评定也称初级评定或筛选评定。 2级评定又称常规评定。 3级评定又称高级评定，采用EPRI工程优化方法，直接采用J积分为撕裂参量，可以实现从起裂，至有限量撕裂，直至撕裂失稳的全过程断裂分析。三级评定中评定级别越低，则越保守。 但是由于“八五”攻关课题没有开展对压力容器材料损伤、高温和介质腐蚀环境影响的研究，因此大大限制了解决实际问题的能力。,22.10.2020,.,37,安全评估与寿命预测技术进展,4、“九五”开展在用重要压力容器寿命预测技术研究课题，重点考虑介质腐蚀和工艺环境对压力容器安全性的影响。 在用压力容

36、器抗应力腐蚀开裂技术研究； 在用压力容器在典型介质中腐蚀疲劳剩余寿命评估技术研究； 典型临氢装置的氢损伤评定与寿命预测技术； 应变疲劳剩余寿命技术研究； 实用延寿技术研究，将表面技术用于压力容器的延寿领域，利用表面改性、表面涂、镀、覆技术隔离或减缓介质环境对压力容器的作用。 19982000年，合肥通用机械研究所、锅检中心、华东理工大学、浙江工业大学等单位应用专题组的研究成果，对二十余家大型企业的近千台带缺陷压力容器进行了安全评估，尤其是对四十余台高温高压临氢环境下压力容器，百余台湿H2S环境及无水液氨环境下压力容器，二十余台硝酸盐环境下催化再生器等重要容器的安全评估与综合延寿技术应用取得了重

37、大进展。 目前安全评估与寿命预测技术进展已不单纯是缺陷安全评价的概念，和过去处理问题的性质不同，是目前在用锅炉、压力容器和压力管道在用检验的基础，承压设备检验周期和安全状况等级评定等内容已经深深地溶合在一起。（管检规，容检规）,22.10.2020,.,38,检验方案, 设备的基本参数：主要包括设计压力、使用压力、设计温度、使用温度、容器结构规格、材质、使用介质、容器类别、保温层。 检验依据： 、压力容器标准体系 、有关的压力容器安全法规 检验准备： 检验质保体系： 、质保体系人员情况： 、质保体系有效运转。 原始资料审查：设计文件图纸、材料质保书、制造质保书、安装质保书、使用工况、实际工艺参

38、数、历次检验报告、修理改造记录和历次事故处理报告。 宏观检验：,22.10.2020,.,39,检验方案, 超声测厚(高温定点测厚) 无损检测：目前压力容器行业强制性使用JB 4730-94标准，包括五大常规检测方法。目前正在修订，拟包括锅炉、压力容器和压力管道部分。 材料检验: 化学成份、金相检验、硬度、铁素体含量检验、晶间腐蚀试验、能谱试验、光谱试验、X、J系数测定、裂纹断口取样等。 强度校核：GB150、JB4732标准等产品标准。 缺陷评定 缺陷处理 水压试验：耐压试验是利用水或其他的加压介质，采用比设计压力高的试验压力对压力容器的焊缝、接管和母材进行一次综合性评价，以验证其整体强度是

39、否满足设计要求（对2.25Cr-1Mo和3Cr1Mo材料制容器要特别慎重）。 气密性试验 安全附件检验（检验单位校验或是用户自行处理）。 安全状况等级和检验周期的确定（容检规）,22.10.2020,.,40,不锈钢堆焊层表面裂纹的检验,1、对于不锈钢堆焊金属表面裂纹的检验，主要采用目视和渗透检测。首先应找出返修部位，并对返修部位和其它典型部位进行铁素体含量分析。(310%.) 2、对于铁素体含量较高和返修部位应作为渗透检测的重点(渗透检测最好使用核级渗透剂)。首先要去掉堆焊层表面的硬垢，然后做PT，有时一般的着色检查无法发现，只有用荧光检查才比较有效。 3、如果裂纹较小，则用一般的PT检查方

40、法检不出来，除非等到下个检验周期裂纹扩展了才能发现。因此在反应器投用前仔细检查有无制造遗留缺陷，在以后历次检查应以宏观目测检查和PT检查为主，发现裂纹之后应轻轻打磨去除，不要用硬砂轮打磨，以防止产生新的裂纹。 4、如有必要可利用金相检验检出渗透检测无法发现的微裂纹。对于较深的裂纹可采用超声方法确定裂纹的深度(扩展到界面的裂纹应重点予以核查)并进行安全分析。 5、由于焊接返修工艺比较难控制，一般不进行返修。,22.10.2020,.,41,不锈钢堆焊层剥离裂纹的检验,1、堆焊层检验国内已有成熟的经验，堆焊层下可能进入母材的裂纹探伤技术也在不断的改进，2mm深的裂纹可以较准确地探出。剥离裂纹的检验

41、主要采用超声波方法，一般从筒体外壁采用单晶直探头，也可以从堆焊层一侧采用双晶直探头来检测。但需要精确定位定量时，应从堆焊层一侧采用双晶直探头来测定。 2、对于剥离缺陷通常应记录缺陷面积（长宽）和缺陷的准确位置，以便在使用时进行监控和与以后的开罐检验结果进行对比。 3、检测堆焊层和基板的未结合，采用JB4730标准的T3型试块。 4、检测应从基板或堆焊层一侧进行。如对检测结果有怀疑时，也可从另一侧进行补充检测。采用双晶直探头检测时应在工件表面按90方向进行两次扫查。,22.10.2020,.,42,热壁加氢反应器主焊缝的检验,1、对于主焊缝来说，由于筒体母材和焊缝的回火脆化，造成韧性降低，一些较

42、小的缺陷就有可能得到较快的扩展而引起反应器失效，而热壁加氢反应器的强度主要是由筒体母材和主焊缝来保证的。因此对反应器主焊缝的检测要求相应就比较高。 2、对于主焊缝的检验主要从外壁进行。通常首先应对焊缝进行100%的磁探，再对超声扫查区域进行100%直探头扫查，然后利用K1、K1.5探头进行两次重复扫查，必要时还应采用手工串列扫查，以检出垂直表面的缺陷。现场实际检测时应适当提高检测灵敏度以保证不放过较小的缺陷。 3、由于锻焊结构热壁加氢反应器的壁厚比较大一般在200 mm左右，一般的超声波检测试块已不能满足要求，因此需采用JB/T4730标准的CSK-A（ASME、JIS的RB-4）试块。,22

43、.10.2020,.,43,堆焊层开裂和皮下裂纹的检验,1、在降低氢浓度的基础上，将检验重点放在堆焊层缺陷的检验方面，以防止较小的缺陷在氢脆的环境下快速扩展。 2、通常利用超声检测来达到该要求，利用纵波斜探头由外壁检测堆焊层皮下裂纹，利用双斜探头由内壁进行补充检验，同时利用双晶直探头由内壁检测堆焊层内缺陷，以消除氢脆开裂和皮下裂纹的危险性。,22.10.2020,.,44,堆焊层开裂和皮下裂纹的检验,3、从堆焊层侧进行检测，用于堆焊层缺陷检测的试块采用JB4730标准的T1型试块，基板厚度T可以适量减小，但至少应为堆焊层厚度的两倍， T1型试块如图所示。 4、从基板侧进行检测，用于堆焊层缺陷检

44、测的试块采用T2型试块，试块基板厚度T与被检基板的厚度差不得超过10%。T2型试块如图所示。,22.10.2020,.,45,硫化物应力腐蚀开裂检验 TP321不锈钢焊管相脆化检验,1、奥氏体不锈钢硫化物应力腐蚀开裂的检验一般说可采用荧光着色检测和涡流检测。对于渗透检测很难发现的一些微细裂纹，也可以利用金相检验来发现和评价。 2、TP321材料的焊接直缝管，规格816英寸，厚度2640mm。由于现场焊接环缝需要做900稳定化处理，采用局部保温加热的办法。在临近环缝的管子原来的直缝焊接区上有一个500850的温度梯度，正好落在347焊缝材料的相生成敏感区。相是由焊缝中的相铁素体转化来的。从取样的

45、试件中发现。温度在300800范围的焊接金属韧性下降显著，但长期处于临氢条件下，有可能在管子吸氢量较大的内壁产生相脆化。而一旦冷却速度过快（一般大于反应器的冷却速度），在应力集中处产生氢致裂纹或腐蚀。一般说可采用荧光着色检测和涡流检测。对于渗透检测很难发现的一些微细裂纹，也可以利用金相检验来发现和评价。,22.10.2020,.,46,加氢反应器铸造不锈钢脆化检验,1、长期服役在316到594的奥氏体不锈钢铸件，会引起脆化，其特征是硬度增加，在等于或低于使用温度时延伸率和韧性下降。夏比V型缺口冲击韧性值会显著降低。 2、铸态的不锈钢阀门采用1Cr18Ni9材料（奥氏体组织20左右的铁素体），属

46、于亚稳态奥氏体不锈钢。当使用中有氢扩散到钢中至晶格膨胀，带来很大的附加应力，且氢有上坡扩散规律，导致部分奥氏体向马氏体转变。使材料的磁性量增加，当马氏体相变量到某一临界值时，便产生应力腐蚀破裂。 3、对已经铁磁量增加的材料，可以通过热处理的办法恢复。 4、应以宏观目测检查为主，辅以局部PT检查。发现裂纹之后应轻轻打磨去除，不要用硬砂轮打磨，以防止产生新的裂纹。如有必要可利用金相检验检出渗透检测无法发现的微裂纹。发现的表面裂纹一般应打磨消除，对于较深的裂纹可采用超声方法确定裂纹的深度并进行安全性分析。,22.10.2020,.,47,梯形槽法兰槽底园角处裂纹检验,1、早期反应器破坏事例中不少涉及

47、主法兰梯形槽法兰裂纹，裂纹均发生在梯形槽底园角处，严重的可以深入母材。分析原因可以归纳为堆焊层相脆化和不锈钢母材的氢脆联合作用，在槽底应力集中的地方开裂。加大槽底园角之后解决了这个问题，但是长期运行的反应器仍有开裂的危险。除反应器以外，其它设备及工艺管线大量采用这种刚性密封的梯形垫。 2、不少公司采用缠绕式的平垫用于CL1500和CL2500等级的法兰取得了很好的效果。 3、停工检修对密封面进行PT检查和法兰侧面用UT检查裂纹。在条件许可时用膨胀石墨缠绕垫片取代现有的梯形垫密封结构。一旦出现密封面裂纹应立即处理，轻微的裂纹可以用砂纸去除，严重的、不可修复的应在法兰槽上堆焊金属再进行加工,22.

48、10.2020,.,48,热壁加氢反应器安全分析,1、不锈钢堆焊层表面裂纹的扩展模式及安全分析 裂纹从热壁加氢反应器堆焊层的表面向内部扩展，扩展较为严重的表面裂纹会穿透347堆焊层，大部分中止在347与309堆焊层的界面上。比较浅的表面裂纹打磨消除，深的表面裂纹测定深度。对于接近穿透309堆焊层的表面裂纹应监控。对接近母材的裂纹扩展模式进行分析研究。 提高反应器的最低升压温度，和采用合理的开、停工程序。 2、不锈钢堆焊层剥离裂纹的安全分析 、不锈钢堆焊层剥离是使用中内壁不锈钢堆焊层产生的主要缺陷。国内、外对剥离现象进行了研究，确认剥离使裂纹不会向母材扩展，而是平行于二者的表面。由于堆焊层仅仅解

49、决设备的腐蚀而不承受材料的强度，因而不会对反应器强度构成威胁。 、剥离性能和扩展速率进行研究。,22.10.2020,.,49,热壁加氢反应器安全分析,3、热壁加氢反应器回火脆化的安全分析 热壁加氢反应器制造时就应减少杂质元素，降低X、J系数。应测定制造时的VTr402.5VTr40数值，使其38（100F）。使用中应进行挂片，定期检验其回火脆化程度。没有挂片的可与相同或类似的产品比较。 4、氢脆开裂的安全分析 研究资料报导，拉伸强度为550650Mpa的材料，临氢环境中的断裂韧性KISCC100。当225Cr1Mo钢产生回火脆化之后，抵御氢致开裂的能力将会明显降低，在应力高度集中的部位，开、

50、停工时容易产生氢致开裂。使用中应进行挂片，定期检验其回火脆化程度。没有挂片的可与相同或类似的产品比较。,22.10.2020,.,50,检验实例,福建炼油化工有限公司R-4001加氢精制反应器 1、主要技术参数:容器规格：2600（110+5）19716；容器类别：三类；设计压力：8.63 Mpa 设计温度：435 操作压力：7.55 MPa；操作温度：409；投用日期：1993年9月；主体材质： 2.25Cr-1Mo+309L+347L 介 质：催化柴油、焦化柴油、H2、H2S(1.2%)；公称壁厚：封头90mm；筒体104mm；堆焊层厚度78mm；本次检验为首次开罐检验。 2、检验内容：、

51、检验前准备工作；、宏观检验；、壁厚测定；、磁粉检测；、渗透检测； 、上、下封头及人孔内壁堆焊层表面进行20%的抽查；、筒体内壁凸台部位100%检测、人孔法兰密封面及金属密封垫100%；、接管法兰密封面100%。、超声检测：对接焊缝100%超声检测,用直探头、K1和K1.5斜探头进行多方向扫查。凸台超声检测，用直探头确定凸台的位置。用直探头、K1、K1.5斜探头进行多方向扫查。重点是检查凸台拐角部位。堆焊层内和界面超声检测，从反应器外壁检测时应采用直探头、窄脉冲探头，如有必要应从反应器内壁采用双晶探头进行验证。堆焊层层下缺陷的超声检测，从反应器外壁检测时应采用K1斜探头和K1纵波斜探头进行检测。

52、人孔主螺栓的超声检测。 、材料检验：硬度测定、堆焊层铁素体含量测定、X、J系数分析测定、金相组织分析。,22.10.2020,.,51,检验实例,大连WEPEC重油加氢高压分离器（1-V-01）检验 主要技术参数：该压力容器系1988年由日本引进的旧设备，1974年由日本制造，在国外已运行（包括停用）计16年。 容器规格：3084（186+35）/（111+35）13292 mm；主体材质：SA387-Dn+TP347L（堆焊层）；设计压力：1647 Mpa ；设计温度：427；操作压力：1362MPa；操作温度：380；介质：重油、H2、H2S(1.2%)；公称壁厚：封头90mm；筒体104

53、mm；堆焊层厚度约为78mm。 历次检验情况 1989年吉林化学工业公司检验，1989年中石化总公司北京院重新设计。1993年大连锅检所进行安全性能检验： 1994年大连在用压力容器技术鉴定委员会将安全状况等级定为3级，检验周期两年。1996年中国石化工程公司设备质量检测中心进行检验。1998年4月抚顺石化设备所进行检验。 无损探伤检测结果：除下封头与筒体连接焊缝被裙座遮挡无法检测外，容器对接焊缝外表面和内部均未发现有超标缺陷和按标准规定需要记录的缺陷。也未发现堆焊层层下裂纹和剥离超标缺陷。壳体实测壁厚均大于图纸名义厚度，内壁堆焊层厚度3.86.8mm，总体质量较好，能有效地保护基材不受高温H

54、2S的腐蚀和减弱高温氢向2.25Cr-1Mo钢的渗透，在上封头与筒体连接部位存在局部均匀腐蚀、点蚀孔和7处表面裂纹等严重缺陷（深度不超过3mm），对基材的承载强度尚未构成损伤。,22.10.2020,.,52,检验实例,容器主体基材为2.25Cr-1Mo钢，板材和锻件的化学成份分别符合ASME的SA387DN和SA336F22标准要求。基材对接焊缝化学成份与母材基本一致。母材（板和锻件）的硬度，符合标准要求，焊缝金属及其热影响区的硬度（在200249HB）多数测试点偏高。这对抗回火脆化性能不利。母材和焊缝的显微组织，均为回火脆化敏感性较低的贝氏体组织。 按化学成份和微量元素含量判定回火脆化敏感

55、性系数J、X符合要求，但与九十年代的设计要求相比，有较大差距（见表）。在经历近20年运行以后，无论母材或焊缝金属的回火脆化量，目前尚无法定量检测。因此在今后使用过程中，应对焊缝金属及基材材质的回火脆性问题予以重视。 内壁堆焊层为SUS43（TP347）不锈钢，化学成份符合标准要求，堆焊层的铁素体含量，绝大多数在24%。 96年发现内壁堆焊层裂纹以来，已有近三年时间，此次检验未发现有明显的变化，据以上分析，该1-V-01热高压分离器可以继续使用。 允许操作参数为：操作压力：13.62MPa；操作温度：380；工作介质：生成油、H2、H2S安全状况等级为3级。下次检验日期：2002年9月,22.1

56、0.2020,.,53,检验实例,大连WEPEC催化重整反应器（R204）检验： 主要技术参数：该压力容器系1988年由日本引进的旧设备，1974年由日本制造，在国外已运行（包括停用）计16年。 容器规格：S323230.2mm；容器类别：三类；主体材质：SA204A； 设计压力：22 Mpa；设计壁温：350； 操作压力：20MPa； 介质温度：530；隔热层：150mm；介质：油汽、H2。 检验结论 球壳0.5Mo钢，包括对接焊缝和接管母材（SA387C）的材质，出现局部劣化。钢显微组织珠光体内碳化物球化并有碳化物在晶界聚集，有的部位珠光体形态基本已消失，有的部位渗碳体分解出现了石墨化倾向

57、。 在R-204球壳上，查出球壳对接焊缝C4和B1的焊缝区，发现渗碳体分解有石墨化倾向的材质劣化现象。由于缺乏材料劣化后性能数据，因此在焊缝中查出的超标缺陷已失去进一步断裂力学分析评定的材质基础。 此外，据美国石油学会提供的经验，这四台反应器的操作温度和压力正处于Nelson曲线的事故多发区范围，因此高温氢腐蚀对0.5Mo钢的内部损伤必须引起重视，在对球壳板的抽查中，超声波检测发现了钢板内部的许多缺陷反射波，是钢板内的冶金缺陷还是伴有氢腐蚀损伤的冶金缺陷，目前从技术上还难以分辨。 根据以上从容器外部检验后的初步评定结论，安全状况等级暂定为4级，待2001年对内壁检验结果出来后，再正式评定安全状

58、况等级。,22.10.2020,.,54,检验实例,齐鲁石化公司R-1360热壁加氢反应器的检验 主要技术参数 容器规格：4000（251+7.5）28300；容器类别：三类； 主体材质：封头锻件3Cr-1Mo-1/4V-Ti-B +309L+347L；（SA336-F3VW）（137+7.5）；筒体钢板3Cr-1Mo-1/4V-Ti-B +309L+347L；（SA542C.CL.4aw）（251+7.5） 设计压力：18.94Mpa； 设计温度：454； 操作压力：18.0 MPa； 操作温度：445；投用日期：1993年9月；介 质：催化柴油、焦化柴油、H2、H2S(1.2%)；保温层：

59、微孔硅酸钙，厚度为180mm；本次检验为首次开罐检验。 变化情况 、使用温度高出50； 、增加V元素焊接性能降低； 、筒体钢板（SA542C.CL.4aw）和封头锻件（SA336-F3VW）的化学成分不一致（P、S含量）。,22.10.2020,.,55,检验实例,中石化金陵分公司联合柴油加氢反应器（R101）于99年9月出厂，2000年7月28日投入使用。主要技术参数：容器类别：三类；设计压力：6.4MPa；最高工作压力：6.0MPa；设计温度：435；最高工作温度：420；耐压试验压力：8.3MPa（卧）；工作介质：柴油、H2S、H2等；材质：SA387MGr11CL2UB309LUB347L堆焊；规格：3600（104（70）6.5）27448；制造单位：南京大化机。 2004年6月进行首次内外部检验，在反应器外壁H6环缝MT发现裂纹15处（单个裂纹长度2570mm），处在焊缝上下熔合线区域，打