中變氣分水罐的檢驗與缺陷成因

楊 旭 西安特種設備檢驗檢測院

中變氣分水罐的檢驗與缺陷成因

楊 旭 西安特種設備檢驗檢測院

1 基本概況

在對某石化企業制氫裝置的壓力容器進行定期檢驗時發現，有4臺露天安裝的中變氣分水罐支腿外表面銹蝕非常嚴重。經詢問安全管理人員確認，該制氫裝置自安裝竣工后投用了6個月后便停用了5年。打開容器保溫層，發現容器外表面亦嚴重腐蝕。經過對腐蝕層進行打磨后發現，在容器的外表面存在直徑為φ3～8mm、深度約為1～3mm、面積100%的均勻腐蝕坑，其中下封頭腐蝕狀況尤甚。該4臺容器的質量證明書中基本參數見表1。

表1 中變氣分水罐基本參數

使用超聲波測厚儀從容器外表面對母材進行壁厚測定，結果見表2。由表2數據可以看出，中變氣第二分水罐的實測筒體厚度存在嚴重異常；第三分水罐的封頭及筒體實測厚度與質量證明書所給出的厚度不符，懷疑是因復合板部分結合處脫焊所致。為了確定第三分水罐實測壁厚與質量證明書所給厚度存在較大差異的成因，從內表面對其疑似脫焊處進行壁厚測定，所得厚度為2.9～3.0mm。基于此，可以確定第三分水罐基材復合板發生了部分結合處脫焊現象。

表2 容器壁厚數據

為了確定表2中第二分水罐實測厚度的可靠性，進一步對其進行復測。測厚位置如圖1所示，在容器外表面沿縱縫、環縫以及交叉方向，將母材打磨為寬度100mm“米”字形、并露出金屬光澤，用測厚儀在容器外表面進行連續測厚，約采集數據600個。其絕大部分厚度分布在1.6～4.4mm，小部分在14.4～16.8mm范圍。在容器內表面測厚數據為13.1～16.7mm，可見筒體實測厚度與質量證明書所給出的厚度不符，且該復合板基材內部存在大面積分層，而外表面測厚1.6～4.4mm數據分布不連續現象是表面腐蝕坑造成的。

圖1 超聲測厚位置示意圖

由于該4臺容器質量證明書與實物厚度不符，且從外表面的腐蝕情況看來，與同樣工況其它16MnR材質的容器相比，腐蝕速率過大，因此懷疑復合板材質有問題。分別在每臺容器外表面選10個點進行打磨，采用SPECTROTEST CCD光譜儀進行光譜分析，Mn含量很低，數據見表3。

表3 Mn含量

2 腐蝕產物及成因分析

容器外表面腐蝕產物經X射線衍射分析，腐蝕產物的物相主要為Fe2O3。該4臺容器的介質是中變氣，由轉化爐送來的轉化氣含13.3%左右的CO，經過中溫變換反應器變換的作用是使CO在高溫和催化劑存在的條件下，與水蒸汽反應生成CO2和H2，生成了需要的原料氫氣。而經由中溫變換反應器變換后的氣體叫做中變氣，在制氫裝置現場當有閥門關閉不嚴造成的泄漏現象，CO2含量較高。這樣容器就處于酸性環境下，容器外表面包覆著巖棉和鋁皮，雨水或冷凝水存在于鋼材外表面，很難蒸發掉。于是在容器外表面發生吸氫腐蝕現象，構成無數個原電池，負極（Fe）：鐵被氧化Fe-2e=Fe2+；正極（C）：溶液中的H 被還原2H+2e=H2↑，隨后不穩定的Fe2+被氧化為Fe3+，即Fe2O3。CO2含量越高，溫度升高，腐蝕速度加快，而產生的H2還有可能對鋼板造成氫損傷。

3 結論

GB713 《鍋爐和壓力容器用鋼板》 中Q345R（原16MnR）的Mn含量要求為1.20%～1.60%，顯然該4臺容器基材不是質量證明書中所給出的16MnR材料，加之基材存在大面積分層、復合板結合處部分脫焊等情況，強度無法滿足用戶的使用工況。故經本次檢驗，壓力容器的安全狀況等級定為5級，要求用戶停止使用。

2013－08－06）