1 概況

　　丙烷脫瀝青裝置是以減壓渣油為原料、 液相丙烷為溶劑， 通過(guò)物理萃取方法， 將減壓渣油分離為脫瀝青油及脫油瀝青的生產(chǎn)裝置。由于加工國(guó)外含硫及高硫減壓渣油數(shù)量的增加， 丙烷脫瀝青裝置中的許多設(shè)備便出現(xiàn)了嚴(yán)重的濕硫化氫等腐蝕問(wèn)題。曾對(duì)某廠丙烷脫瀝青裝置中丙烷罐進(jìn)行開(kāi)罐檢驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的氫鼓泡腐蝕， 影響了裝置的安全生產(chǎn)。經(jīng)核實(shí)該容器投用時(shí)間是1994年， 制造資料齊全， 鋼板出廠前經(jīng)過(guò)超聲波探傷， 結(jié)果符合ZBF47003-88標(biāo)準(zhǔn)Ｉ級(jí)。該容器主要參數(shù)為：操作壓力2.0MPa，操作溫度50℃，材質(zhì)16MnR，容器類別三類，工作介質(zhì)兩烷，容積65.2m³，公稱壁厚24mm。

　　2檢驗(yàn)情況

　　2.1宏觀檢驗(yàn)

　　對(duì)該罐內(nèi)外表面進(jìn)行宏觀檢查， 未發(fā)現(xiàn)鼓泡， 宏觀檢查結(jié)果均符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　2.2壁厚測(cè)定

　　對(duì)封頭、 筒體的鋼板進(jìn)行測(cè)厚檢查， 發(fā)現(xiàn)筒體四圈板中有6處不同程度的夾層。其夾層的分布情況見(jiàn)圖1所示。

　　圖1丙烷罐夾層缺陷位置

　　該罐鋼板母材測(cè)厚的夾層區(qū)域比超聲波檢測(cè)的寬， 且都集中在容器中下部， 通過(guò)對(duì)容器夾層部位測(cè)厚， 發(fā)現(xiàn)容器壁厚數(shù)據(jù)的變化較大， 但從測(cè)厚的數(shù)據(jù)結(jié)果反映出容器夾層缺陷的形狀基本上都是呈直線狀或不規(guī)則階梯狀。

　　2.3無(wú)損檢測(cè)

　　（1）MT檢測(cè)： 對(duì)該罐焊縫內(nèi)外表面進(jìn)行100%MT檢查， 均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

　　（2）UT檢測(cè)： 對(duì)該罐封頭、 筒體的母材進(jìn)行100%UT檢查，發(fā)現(xiàn)筒體中有6處比較集中的夾層分布在四圈板上， 與測(cè)厚的夾層分布結(jié)果基本相同。另外， 對(duì)該罐所有對(duì)接焊縫進(jìn)行100%UT檢查， 均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

　　2.4硬度測(cè)定

對(duì)夾層部位內(nèi)外表面進(jìn)行硬度測(cè)定， 其最大值為HB146，與無(wú)夾層部位的硬度比較， 無(wú)明顯偏高。

　　3原因分析及安全評(píng)定

　　3.1原因分析

　　經(jīng)分析上述夾層缺陷的形成可認(rèn)為是由氫鼓泡所致。原因是進(jìn)口原油在加工過(guò)程中大多數(shù)的硫化物存留于渣油等重油中， 隨著原油的深度加工， 原油中硫化物也得到更多的分解。使得加工反應(yīng)后物料中有大量的氫硫酸、CN-及氨存在，這些有害介質(zhì)冷卻后， 其中在常溫下， 大量的氫硫酸可與鋼中Fe作用生成原子態(tài)氫且被鋼吸收， 對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕破壞。鋼在氫硫酸水溶液中的反應(yīng)式為：

　　由于金屬材料內(nèi)部往往存在缺陷， 如存在有夾雜物、 錳化物和磷化物的偏析區(qū)， 氫的原子半徑很小（5.2×10^-11m） ， 可由鋼表面向內(nèi)部擴(kuò)散， 過(guò)飽和的氫原子到達(dá)上述缺陷位置后， 很容易形成氫分子， 在局部積聚造成高氫壓， 最后導(dǎo)致鋼板表面鼓泡或內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。

　　另一方面， 鋼板在軋制過(guò)程中內(nèi)部形成的夾雜物 （層狀撕裂主要與基本上平行于母材表面的夾雜物有關(guān)） ， 由于變形能力差， 在外載荷如筒體卷制、 壓力試驗(yàn)、 介質(zhì)壓力等產(chǎn)生的應(yīng)力作用下， 夾雜物邊緣產(chǎn)生的應(yīng)力集中或直接由氫原子擴(kuò)散到夾雜物處偏聚形成氫分子產(chǎn)生的內(nèi)壓力作用下， 使夾雜物與金屬基體之間的弱結(jié)合發(fā)生脫離， 形成顯微裂紋， 裂紋沿著自身所處的平面擴(kuò)展， 將相鄰的夾雜物連成一個(gè)小平臺(tái)， 這時(shí)， 氫原子擴(kuò)散至上述顯微裂紋， 小平臺(tái)以及其它不連續(xù)處偏聚， 形成氫分子， 體積急劇膨脹， 當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)， 形成的巨大壓力 （可達(dá)到10⁴-10⁵MPa） ， 使罐體母材內(nèi)部撕裂， 以致形成鼓泡， 引起開(kāi)裂， 氫鼓泡腐蝕機(jī)理具體見(jiàn)圖2所示。

　　3.2影響氫鼓泡的因素

　　（1)介質(zhì)： 氫鼓泡主要發(fā)生在硫化氫的酸性水溶液中， 隨硫化氫濃度增大， 出現(xiàn)裂紋的傾向增大。

　　（2） 溫度： 氫鼓泡主要在室溫下出現(xiàn)， 提高或降低溫度， 都可減少開(kāi)裂傾向。

　　（3） 硫化物夾雜： 降低鋼中含硫量， 可減少鋼中硫化錳夾雜的數(shù)量， 使鋼對(duì)氫鼓泡的敏感性降低。

　　（4） 合金元素： 鋼中加入0.2%-0.3%的銅， 它可在鋼的表面形成一層薄膜， 可以顯著減少氫誘發(fā)開(kāi)裂。另外， 還可添加鉻、 鈦、釩等合金元素。

　　（5） 軋制狀態(tài)： 軋制時(shí)要控制壓縮比， 壓縮比愈大， 終軋溫度愈低，都將使硫化錳夾雜伸長(zhǎng)嚴(yán)重， 使裂紋率顯著增大。

　　（6） 鋼在冶煉、 焊接過(guò)程中， 由于原料或環(huán)境含有較高的水分， 則也可能有氫進(jìn)入鋼中。因?yàn)樵诟邷叵滤�按下列反�?yīng)被還原而生成氫：

 

　　這些氫溶解在液體金屬中后， 同樣可以使鋼發(fā)生氫鼓泡。從上面鋼產(chǎn)生氫鼓泡的機(jī)理分析， 該丙烷臥罐的工作條件與產(chǎn)生氫鼓泡原因非常吻合， 因此可以斷定該丙烷臥罐產(chǎn)生上述夾層缺陷是由氫鼓泡所致。另外， 其夾層部位測(cè)厚的結(jié)果表明夾層基本上都是呈直線狀或不規(guī)則階梯狀，與低強(qiáng)度鋼在H₂S環(huán)境中的各種破壞形態(tài) （氫鼓泡、 氫鼓泡并伴隨階梯狀開(kāi)裂、 階梯狀裂紋、 直線狀裂紋） 基本一致。從此方面也可進(jìn)一步斷定出現(xiàn)夾層的原因。

　　3安全評(píng)定

　　（1） 根據(jù)壁厚測(cè)定結(jié)果反映出該容器夾層缺陷形狀呈直線狀或不規(guī)則階梯狀， 夾層表面與鋼板自由表面的夾角很多部位都大于10⁰， 最大的夾角達(dá)到27⁰， 根據(jù) 《檢規(guī)》 規(guī)定，可定為4級(jí)或5級(jí)。

　　（2） 根據(jù)該罐投用才三年半， 且出廠時(shí)鋼板超聲波檢測(cè)合格， 而本次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)夾層比較多， 范圍廣，面積大， 超聲波探傷有6處夾層可評(píng)為Ⅳ級(jí)， 并且它們都是在使用中產(chǎn)生的， 發(fā)展速度較快， 尤為嚴(yán)重的是以階梯狀開(kāi)裂的分層對(duì)容器的危險(xiǎn)性最大。為了裝置的正常安全生產(chǎn)， 避免容器繼續(xù)使用， 最后， 綜合評(píng)定該容器安全等級(jí)為5級(jí)。

　　4防止腐蝕的措施

　　（1） 鑒于該罐所有的鋼板出廠時(shí)探傷合格， 卻在使用中存在有分層嚴(yán)重的現(xiàn)象， 因此， 應(yīng)進(jìn)一步研究確定鋼板內(nèi)部缺陷的限量， 以便于鋼板的訂貨及該類容器制造的選材。

　　（2） 嚴(yán)格控制丙烷中H₂S的含量。可采用胺吸收或堿洗等工藝方法脫除生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的硫化氫。

　　（3） 采用改善金屬表面性能的措施， 對(duì)丙烷罐內(nèi)壁進(jìn)行噴 （滲） 鋁處理， 且采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行封閉處理， 鋁在鋼表面會(huì)形成 薄膜，Al₂O₃可阻止氫滲透。