第二級主吸收塔檢驗及缺陷分析

王平杰 鄧渝 蒲洋(四川省特種設備檢驗研究院，四川 成都 610061)

0 引言

某天然氣凈化有限公司天然氣凈化廠處理原料為高含硫酸性天然氣(H2S含量為14%～18%(體積比)，有機硫含量340.6mg/m3，CO2含量為8%～10%(體積比)。)其主要工藝單元包含天然氣脫硫單元、硫磺回收單元、脫水單元、尾氣處理單元。

在脫硫單元中，脫硫裝置的工藝采用的氣相水解脫除有機硫技術，酸性天然氣自廠外來氣管道依次進入一級吸收塔(C-101)和二級吸收塔(C-102)中，即含COS的原料氣進入一級主吸收塔，在低溫催化劑的作用下，COS水解為H2S和CO2，進入二級主吸收塔進一步對H2S和CO2進行脫除，二級主吸收塔出來的天然氣品質可達到質量要求。

吸收塔作為脫硫單位的核心設備，長期在高硫工況下運行，在定期檢驗中重點關注。

1 設備情況簡介

該裝置2010年05月投入使用運行，累積運行約9年。分別于2013年3月、2017年06月、2019年9月進行了三次定期檢驗。此設備的主要設計參數：材質為SA516-Gr70+TP316L復合鋼板、厚度為86+3mm、設計壓力9.1/FV MPa、設計溫度100/160℃、介質為胺液和天然氣。

2 檢驗情況

2.1 檢驗項目的確定

吸收塔的運行條件和介質特點，可能存在如下的失效：應力腐蝕、點腐蝕、均勻腐蝕等。結合歷次定期檢驗報告，確定本次檢驗項目有宏觀檢驗、壁厚測定、滲透檢測、磁粉檢測、超聲波檢測、TOFD檢測、硬度檢測以及相控陣檢測等。

2.2 檢驗結果

(1)宏觀檢驗、壁厚測定、外表面磁粉檢測均未發現可記錄缺陷。

(2)內表面滲透檢測發現接管角焊縫及對接焊縫存在表面裂紋。

(3)超聲檢測發現88處埋藏缺陷，其中橫向缺陷8處，縱向缺陷80處，其主要存在縱焊縫A6橫向缺陷、B2～B6環焊縫的縱向缺陷、D6接管角焊縫的縱向缺陷。88處埋藏缺陷按照TSG 21—2016中第8.5.10條要求，安全狀況等級評定為五級共有56處，我們選取其中較為嚴重的7處，對它們進行在用含缺陷的評定，部分超標埋藏缺陷詳細情況如表1所示。

2.3 現場檢測重點難點

對于埋藏缺陷的本次檢驗的重點及難點是B2～B6環焊縫的埋藏縱向缺陷，超聲波檢測發現此類缺陷長度較長(lmax=2500mm)，且深度范圍集中于76～88mm，其當量在SL+14dB～SL+28dB范圍內，橫向掃查時，均未發現有高于SL線的回波，為進一步確定缺陷的尺寸和對缺陷進行定量，采用TOFD和相控陣進行輔助檢測。

根據TOFD采集的圖像，未能看到超聲檢測出的埋藏缺陷的圖像特征；采用相控陣檢測時，與超聲波檢測時發現的缺陷深度相當。因常規超聲、TOFD和相控陣檢測均采用超聲波原理進行檢測，無法準確對缺陷進行定性。同時，該裝置的使用單位從未進行過二級主吸收塔的返修，缺乏相關的返修經驗，故本次檢驗要求使用單位現場解剖超聲檢測當量值更大的B3焊縫，以確定埋藏缺陷的種類及其產生的原因，以便為本臺設備其余類似環焊縫的缺陷處理提供依據。B3焊縫解剖部位對應的TOFD圖及相控陣圖譜見圖1。

現場對有超聲信號的區域進行解剖，發現存在以下兩種缺陷：未熔合或者未焊透，且缺陷所在的深度與超聲波圖像顯示的深度幾乎一致。未熔合和條渣出現的部位主要集中于環焊縫的下側，離焊縫下邊緣10mm，其深度主要集中于過渡層與基材熔合部位，且在未熔合打磨消除后，PT檢測發現仍然存在橫向裂紋(裂紋形態：自身高度低，短小)。

表1 部分超標埋藏缺陷詳細情況

圖1 B3對接焊縫埋藏缺陷TOFD、相控陣圖譜及解剖驗證圖

3 討論及分析

3.1 缺陷成因分析

結合該塔制造時的焊接工藝卡和產生缺陷的部位分析圖(見圖2)進行分析，造成上述缺陷的主要原因可能是：(1)制造過程中，在里口堆焊過渡層前，未進行PT檢測；(2)在復合板加工坡口時，按照焊接工藝卡，加工1mm，而實際加工過程中存在偏差或者復合板爆炸復合部位結合層厚度，局部可能超過1mm；(3)現場錯邊導致基層焊接時局部超出結合面；(4)在復材側基層焊接時，未將基層坡口填滿，在進行過渡層焊接過程中采用φ4mm直徑的焊條焊接，容易在倒角部位因未填滿的而容易產生渣或者未焊透；(5)殘余應力未得到釋放消除；(6)在使用過程中導致局部未熔合延伸后連接在一起，形成了條狀的未熔。

圖2 缺陷的部位分析圖

通過對缺陷產生的部位和缺陷成因進行分析，以及查閱該塔前兩個檢驗周期的相關檢驗報告，發現環焊縫上的埋藏缺陷其自身尺寸、在焊縫中的位置以及缺陷的反射波幅均沒有發生變化。由此可以確定的是：該塔B2～B6環焊縫的此類缺陷是該塔制造過程中產生的的原始缺陷。

3.2 缺陷安全狀況評定

結合檢測結果和對典型埋藏缺陷的解剖，判斷埋藏缺陷的性質：該吸收塔環焊縫的此類缺陷是該塔制造過程中產生的的原始缺陷。對表3中的7處埋藏缺陷按GB/T 19624—2019《含缺陷壓力容器安全評定》[1]進行安全狀況評定，選取7處缺陷中最嚴重的B4-4、B4-5進行評定。

從安全角度和保守的角度考慮，我們將焊縫缺陷按平面缺陷(裂紋)處理，采用平面缺陷的常規評定方法進行含缺陷安全評定。在GB/T 19624—2019《含缺陷壓力容器安全評定》中，常規評定的一般遵循步驟為：(1)缺陷的表征，(2)材料性能數據的確定，(3)應力的確定，(4)斷裂比Kr的計算，(5)載荷比Lr的計算(6)失效評定曲線(FAC)、截止線的確定(7)安全評價。

根據GB/T 19624—2019《含缺陷壓力容器安全評定》，按照上述步驟對B4-4、B4-5進行安全狀況評定，其正常工況下評價結果見圖3，水壓試驗下評價結果見圖4。

圖3 正常工況下缺陷通用失效評定圖

圖4 水壓試驗缺陷通用失效評定圖

3.3 缺陷處理及建議

通過各種檢驗手段的對比分析，與使用單位進行溝通后，提出該塔環焊縫缺陷的處理方案。按照GB/T 19624—2019《含缺陷壓力容器安全評定》進行缺陷安全狀況評定。即除了已經解剖的B3焊縫以外的其余環焊縫，不采用現場氣刨后補焊的修理方法，而是對這不需要返修的超標埋藏缺陷，

4 結語

(1)對復合板容器在用定期檢驗焊縫埋藏缺陷的檢測中，應使用多種檢測手段，對埋藏缺陷進行定性定量的分析。

(2)該吸收塔的埋藏缺陷是因焊接工藝未得到準確實施，造成復合層與基層出現未熔合、夾渣等缺陷。

(3)該類型的超標缺陷，可以在確定的使用參數下監控運行，使用過程中應加強監控和安全管理措施。