脫硫塔人孔接管缺陷產生原因分析

王俊美 王進

（巴中市特種設備監督檢驗所 四川巴中 636000）

引 言

天然氣采氣站里，脫硫塔是常見的分離壓力容器，主要用于天然氣脫硫的工藝，由于天然氣中含有水分，工作壓力一般為8.0MPa，在使用過程中，要定期更換塔內脫硫劑，故運行工況惡劣，屬于濕H2S腐蝕環境。由于在濕H2S的作用下及其他原因，脫硫塔腐蝕極其嚴重，容器內壁大面積減薄，常見腐蝕凹坑、開槽，且內壁的焊縫在長時間的腐蝕減薄作用下均不易發現。發生的損傷包括氫鼓泡、氫致開裂、應力導向氫致開裂和硫化物應力腐蝕開裂。這些損傷對壓力容器的質量造成嚴重影響，導致容器強度、塔式容器的穩定性降低，造成爆炸、倒塌等嚴重后果，從而危及人民的生命財產安全，造成環境被破壞。

某臺脫硫塔在定期檢驗過程中，通過宏觀檢查，發現內壁大量腐蝕凹坑、開槽，通過測厚，發現大面積減薄，通過無損檢測，在人孔接管處的角焊縫發現較長連續性的裂紋，本文對其原因進行分析，并給出了缺陷的預防措施及最終處理辦法，對同類型容器的安全監控以及缺陷的及時發現、維護保養有一定的意義。

1 脫硫塔分離容器結構簡介

圖1 脫硫塔結構示意圖

脫硫塔主要由上、下封頭、筒節、接管組成（見圖1）。其中上、下封頭與筒節焊接連接，進、出及人孔接管與容器焊接連接。容器內部由多層脫硫裝置對含硫天然氣進行脫硫處理。首先，含硫、含水天然氣從容器上部的進口接管進入內部，從上至下與脫硫吸收劑進行反應多層脫硫，然后由下部排出，從而保證天然氣的質量。

2 缺陷檢測結果

某臺脫硫塔在定期的檢驗過程中，發現人孔角接接頭焊縫表面多處裂紋，經使用單位同意后，由專業維修人員進行打磨，打磨后形成凹槽：660mm×50mm×34.6mm （見圖2），打磨最深處為34.6mm，裂紋4處，其中一處缺陷為夾渣和裂紋（見圖3），一處裂紋是從焊縫內部向焊縫表面穿透擴展（見圖4）

圖2 缺陷打磨后形成凹槽

圖3 夾渣和裂紋

圖4 裂紋從壁厚方向由內向表面穿透擴展

通過宏觀檢查及測厚發現，容器實測最小壁厚55.2 mm，凹坑腐蝕最深處Φ11.5×7.5，容器實際投入使用時間5年，名義厚度70.0mm，不難計算腐蝕速率為2.96mm/a。

3 缺陷產生原因分析

該設備屬于中壓容器，工作壓力大于1.60MPa，設計溫度為90℃，介質為高含硫含水天然氣，屬于濕H2S腐蝕環境。

設備參數：設計壓力：8.0 MPa；設計溫度：90℃；筒體及封頭材質、20R；筒體及封頭厚度：70mm；腐蝕余量：4.0mm。

在制造過程中，角接接頭屬于雙邊K型坡口，雙面焊接，從現場打磨情況，角接接頭內部35mm深處存在夾渣等缺陷，從現場確認后發現部分裂紋是從焊接接頭內部向接頭外表面擴展。因為在制造厚壁容器過程中，焊縫屬于多層焊道，每層焊道均應徹底清根，經無損檢測合格后，方可進入下一層焊道焊接，每層焊道焊接時應進行焊后熱處理，避免焊后殘余應力集中，由此可見在制造環節中質量控制環節不嚴，焊道間未進行清根處理及無損，從而產生了夾渣缺陷，導致了缺陷漏檢，讓產品進入了使用環節。

設備在運行期間，在特定的環境下，H原子由外至內進入了焊縫內部，加劇了應力集中，加速了裂紋的擴張速率。

根據承壓設備損傷GB/T30579-2014第5.7條，從濕硫化氫破壞產生的機理、形態、受影響的材料、主要影響因素、易發生的裝置或設備，不難發現。在室溫到150℃范圍內，濕H2S環境中，介質含硫濃度超標情況下，屬于應力導向氫致開裂。

4 缺陷處理辦法

為進一步準確地對容器安全狀況進行確認。應對焊接該焊接接頭的焊工以及其他接頭進行全面檢測確認；根據《固定式壓力容器安全技術監察規程》TSG 21-2016，第8.3.7（2）條，（檢驗時發現焊縫表面裂紋，認為需要進行焊縫埋藏缺陷檢測的部位）應進行埋藏缺陷檢測，宜采用NB/T47013中的射線檢測和超聲檢測，考慮檢測的高靈敏度，避免對角接接頭內缺陷的漏檢，宜采用專業射線檢測設備對其進行檢測。

由于設備腐蝕嚴重減薄，焊接接頭還存在其他埋藏性缺陷，應返廠對其進行進一步檢驗檢測、重大修理。

5 結語

對于高含硫的壓力容器，首先應嚴格監控介質的含硫、含水相關指標。加強設備的年度檢查，在定期檢驗過程中，檢驗檢測的比例應適當擴大，以確保缺陷的及時檢出，采用多種無損檢測方式對缺陷進行定性，增設聲發射檢測方法對缺陷進行監測，從而保證設備的安全運行。

謝世波，覃雄.壓力容器失效分析［J］.民營科技，2011，（1）:16