加氫反應器定期檢驗方案的制定及結果分析

李昳心，亢春生

（西安特種設備檢驗檢測院，陜西西安 710065）

0 引言

加氫反應器是煉油化工行業(yè)的關鍵設備，承受高溫、高壓、臨氫環(huán)境且造價昂貴，因其制造工序復雜，運行條件苛刻而導致多種材料損傷，再加上許多設備超期服役產生各種缺陷，定期檢驗可以及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，是保障此類設備安全運行的重要環(huán)節(jié)。

1 加氫反應器制造選材和運行中的損失模式

加氫反應器筒體基層采用的鉻鉬鋼，具有較好的淬火性、高溫加工性、沖擊吸收性及抗高溫氫腐蝕性，但不能耐高溫H2S腐蝕，必須在反應器殼體基材上堆焊不銹鋼防腐層。堆焊層一般為雙層，內側堆焊過渡層（E309L）可阻止表面裂紋向母材擴散，表層（E347L）能有效抵抗H2S腐蝕。雖然在設計選材上都選用耐熱鉻鉬鋼及防腐堆焊層材料，但仍然可能發(fā)生回火脆化、氫致剝離、氫致裂紋等材料損傷，最終可能導致加氫反應器失效。針對其特殊選材、結構及失效模式制定定期檢驗方案。

2 加氫反應器檢驗方案的制定

某石化廠準備將一臺停用狀態(tài)下的加氫反應器移裝至外省石化廠，移裝前進行定期檢驗。裝置基本參數(shù)：容積29.52 m3，內徑1800 mm，制造日期2004年1月，高度17 000 mm，設計壓力8.4 MPa，最高工作壓力8 MPa，設計溫度410℃，使用溫度380℃，設計壁厚（筒體60 mm，封頭40 mm），工作介質：油、油氣、H2，H2S（2%），主體材料 12Cr2Mo1R+堆焊（堆焊層 TP309L+TP347L≥6.5 mm）。

通過對該加氫反應器設計、制造及運行記錄的審查，保溫層外觀檢驗，結合實際運行情況以及主要損傷模式，制定定期檢驗方案。

（1）宏觀檢驗。主要采用目視方法（必要時利用內窺鏡、放大鏡或者其他輔助儀器設備、測量工具）檢驗壓力容器本體結構、幾何尺寸、表面情況以及焊縫、隔熱層、堆焊層是否滿足容器安全使用要求。

（2）壁厚測定。采用超聲測厚方法，測定位置應有代表性，有足夠的測點數(shù)。測定后標圖記錄，對異常測厚點做詳細標記。若發(fā)現(xiàn)母材存在分層缺陷，應增加測點或采用超聲檢測，查明分層分布情況以及母材表面的傾斜度，同時作圖記錄（利用厚度測量法對堆焊層的厚度進行測量）。

（3）硬度測定。對有材料劣化傾向的容器，通過硬度定點檢測監(jiān)測材料的劣化程度。

（4）磁粉檢測。對反應器外表面進行磁粉檢測抽查（檢驗員認為有必要時增加抽查比例）；所有接管與本體連接焊縫100%；下過渡段與裙座連接焊縫100%；筒體對接焊縫及縱焊縫抽查20%；上、下彎管對接焊縫100%；上彎管吊耳和彎管外部連接角焊縫100%；上人孔固定螺栓以及可拆卸螺栓抽查；制造過程焊縫返修部位；硬度值偏高的部位；使用過程中超溫焊縫部位。見圖1。圖中深色部位為磁粉、外表面超聲部位，丁字焊縫3個方向各500 mm，環(huán)縫區(qū)域程度為1000 mm。

（5）滲透檢測。對反應器內表面進行滲透檢測抽查（檢驗員認為有必要時增加抽查比例）；上、下封頭過渡段內表面堆焊層100%；環(huán)焊縫下（上）300 mm內表面堆焊層100%；凸臺堆焊層及其上下各300 mm范圍內100%；反應器內壁堆焊層補焊部位100%；熱電偶套管手工堆焊部位100%；人孔內壁堆焊層100%；使用過程中超溫部位堆焊層；對不易進行磁粉的部位進行滲透探傷檢查缺陷，見圖2。圖中深色部位為內表面檢測部位，其中PT1，PT2為初次表面探傷部位，PT3～PT6為擴探部位。PT7，PT8為接管內表面滲透探傷，探傷范圍為接管周圍200 mm。

（6）埋藏缺陷超聲波檢測。采用普通超聲，必要時采用TOFD（Time Of Flight Diffraction,衍射時差法超聲檢測技術）；外表面筒體環(huán)、縱縫抽查20%；反應器上、下封頭焊縫及兩側各300 mm范圍100%；制造過程焊縫返修部位；使用過程中超溫焊縫部位。

（7）必要時增加射線檢測、金相檢驗、強度校核、耐壓試驗等檢驗項目。

圖1 磁粉、超聲檢測部位

3 檢驗結果分析

（1）宏觀檢驗時，隔熱層局部破損，本次檢驗時，外表面隔 熱層已全部拆除，外表面局部銹蝕嚴重，應重新打磨除銹，進行防腐和絕熱處理。

（2）埋藏缺陷超聲波檢測中，斜探頭掃查外表面時未發(fā)現(xiàn)可記錄的超標缺陷；利用直探頭掃查堆焊層剝離時，未發(fā)現(xiàn)堆焊層剝離缺陷。

（3）內表面滲透檢測時，下數(shù)第一筒節(jié)發(fā)現(xiàn)表面裂紋1處，長 25 mm（圖 3），缺陷位置為檢驗人員在容器內部面向催化劑卸料口，以卸料口中心點為參考點，垂直向上900 mm，水平向右270 mm處。打磨消除后，凹坑最大深度2 mm。經(jīng)擴大檢測比例，未發(fā)現(xiàn)其他裂紋。根據(jù)圖紙要求，堆焊層厚度（TP309L+TP347L）≥6.5 mm，其中347L最小有效厚度3 mm，故該設備投入使用前，上述凹坑應補焊至設計圖紙要求的厚度。堆焊層上發(fā)現(xiàn)的表面裂紋為堆焊層氫致裂紋，裂紋由堆焊層向容器母材擴展。在本次檢驗中，表面裂紋打磨至2 mm，裂紋消除，由此可以推斷該裂紋未穿過347L堆焊層。現(xiàn)有的研究結果認為，不銹鋼表面裂紋形成機制可能是：①堆焊層中存在的б相以及在操作中吸氫引起的氫脆使得堆焊金屬脆化。②脆化后的堆焊金屬在熱應力、局部應力集中或焊接殘余應力的作用下，可能萌生裂紋并逐漸擴展。

圖2 滲透檢測及裂紋部位

圖3 內表面裂紋

4 結束語

通過針對性定期檢驗，發(fā)現(xiàn)在役加氫反應器運行、使用過程中產生的缺陷。及時消除缺陷，排除安全隱患，防止事故的發(fā)生，保證壓力容器在檢驗周期內的安全運行。