甲醇合成塔環縫開裂的現場檢修問題研究

林佳萍　董巍　劉新瑜

摘要：甲醇合成塔在甲醇裝置中占據著重要的位置，具有操作壓力較高、易燃易爆的特點，并具有一定的毒性。一旦出現事故，既會帶來嚴重的經濟損失，還可能引發人員傷亡。本文先對甲醇合成塔進行概述，然后分析了甲醇合成塔環縫開裂的具體原因，最后提出了甲醇合成塔環縫開裂的現場檢修策略，希望能為甲醇合成塔的應用提供一定的參考。

關鍵詞：甲醇合成塔；環縫開裂；現場檢修

1.甲醇合成塔概述

某工程項目中的甲醇合成塔在投入使用三年后，進行檢修時發現該合成塔的環縫存在漏點，通過UT檢查意外發現還存在裂紋，這對設備的安全使用構成了較大的威脅。該工程項目中的甲醇合成塔為低壓管殼式結構。管程內部裝有催化劑，殼程注入鍋爐給水，待其沸騰后帶走部分熱量，借助甲醇合成塔殼程內部沸騰的水的壓力來調控反應溫度。該合成塔具有催化劑床層溫度差異較小、操作穩定和高轉化率的特點，在我國有較高的認可度。該合成塔直徑達到4000毫米，現階段，與相同結構的合成塔相比，它的規格最大。

2.甲醇合成塔環縫開裂原因分析

甲醇合成塔環縫出現裂紋，該裂紋主要分布在下管板和殼程筒節對焊的位置，在檢修的過程中，觀察發現環縫中存在一處泄漏點。對其實施UT檢測，發現在環縫中存在多個裂紋，裂紋延伸至與合成塔外層相距40毫米左右的位置處，環縫UT等級達到四級，在其表面還沒有出現裂紋。目前，據對大量甲醇合成塔環縫開裂原因分析可知，主要存在以下幾種原因：

（1）存在細微的延遲裂紋，它在溫差效應的影響下引發拉裂；

（2）初始設計階段存在缺陷或者焊縫熱處理效果不良，在使用的過程中熱應力和應力的雙重作用出現開裂；

（3）除氧效果不理想，繼而引發氧腐蝕，產生嚴重的影響，筒體在氧腐蝕的長時間作用下最終失效；

（4）鍋爐水中填補的水體穩步不高，增加了管程和殼程中的溫度差異，進而加大溫差應力。

該結構的加成合成塔被廣泛地應用在工程中，相應的技術理論比較成熟，因此，其結構設計基本上不存在問題。鍋爐給水為殼程介質，此介質已經進行了有效的去除氧氣和氯離子等措施，因此，也可以排除介質應力腐蝕這一因素。該甲醇合成塔使用的是強度超高的鋼，因此，需要對其進行除氫和除應力熱處理操作。因換熱器結構的制約，可以對殼程、封頭等實施整體熱處理操作，對于管板與封頭之間以及管板與筒節只能實施局部熱處理操作。在焊接的過程中，任何一個環節出現問題都出引發裂紋，外加局部熱處理自身難度系數較大。據以往工作經驗，初步斷定熱處理效果不理想是本工程中的甲醇合成塔環縫出現開裂的主要原因。

3.甲醇合成塔的現場檢修

3.1預熱

本工程中的甲醇合成塔使用的鋼材料具有超高的強度和韌性。鋼材自身具有加強的抵抗熱脆和熱裂的性能，然而因其含有較多的合金元素，脆硬性相對較高，這自然會增加焊接冷裂紋的敏感性。因此，應對其進行預熱措施，實際預熱處理操作中的溫度的確定，應以制造廠商的焊接工藝為依據。本工程的所采取的預熱處理為：向管程中注入溫度為100的氮氣，以此來縮減設備內外部之間的溫度差異，在修復環焊縫的兩端分別加設一圈加熱帶，進而加熱至規定溫度，在設備外端搭接腳手架，同時利用薄鋼板包裹設備，以此來規避因外界溫度變化而影響設備焊接效果；

3.2去除裂紋

針對環縫實施100%UT檢測，確定裂紋的具體位置。利用碳弧氣刨消除缺陷，同時對打磨的位置實施MT，以此來保證焊道坡口完整。去除焊縫裂縫時，可觀察到存在縱向裂縫，它主要存在與焊縫中且裂紋寬度較大，本結構母材表面的裂紋較少且寬度較小，由此可知，制造失誤是環縫出現開裂的主要原因，主要是因為焊接或者熱處理不合適引發的延長裂紋或者再熱裂紋；

3.3補焊

補焊的過程中，應采用對稱的模式施焊，進而降低焊接形變和殘余應力。焊接的過程中應嚴格參照焊接工藝判斷施焊，嚴格控制焊條烘烤時間、溫度、層間溫度等參數。通?？刂茖娱g溫度在250-300度范圍內。完成焊接后，應及時進行除氫處理，通常溫度為300度，溫度持續時間大約在兩小時；

3.4焊縫探傷

完成除氫處理操作后，圍繞焊縫實施100%UT檢測，然后進行復檢，待檢測合格后，才可實施去除應力熱處理；

3.5熱處理

待完全檢測焊縫后，應進行去除應力熱操作。在熱操作的過程中應嚴格參照制造上的相關工藝說明進行。因修復的焊縫只能進行局部熱處理，因外界環境影響，為徹底去除焊接殘余應力，可以適當地增加保溫時間；

3.6焊縫探傷

本結構中的焊縫可能會因熱處理不合理出現再熱裂紋，因此，應再次探傷焊縫，具體操作為：首先對其進行100%UT檢測，然后進行復檢，待檢測合格后，實施水壓試驗；

3.7水壓試驗

參照相關規范標準，對其殼成實施水壓試驗。

4.結語

甲醇合成塔在甲醇裝置中占據著重要的位置，制造成本較高，一旦出現安全事故將帶來嚴重的后果。因此，在生產制造的過程中應盡量選取一些綜合實力雄厚的制造商。在實際的生產制造和檢修過程中應注意以下問題：

（1）超強度鋼材十分容易生成冷裂紋，焊接難度系數較大，生產制造時應全面最好前期預熱工作，嚴格參照焊接工藝施焊；

（2）充分進行去除應力熱處理操作，對于部分焊縫只能實施局部熱處理，在熱處理的過程中，應全面做好保溫工作，如果條件允許還可以適當增加熱處理時間；

（3）在生產制造過程中，應預先編制科學的制造工藝，并嚴格參照質量控制體系實施，進而保障甲醇合成塔設備的質量。

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