中石化腐蝕會議 高壓空冷器管束失效分析和預(yù)防

1、加氫裂化高壓空冷失效原因及預(yù)防 鎮(zhèn)海煉化公司 呂碧超、董紹平、偶國富、張立群合肥通用機械研究所 關(guān)衛(wèi)和、艾志斌 1、概述 鎮(zhèn)海煉化 A301高壓空冷器有關(guān)參數(shù) MPa 操作溫度:146/49管束規(guī)格:25310615mm 材質(zhì):10#鋼進口端襯不銹鋼管:17.91300mm 工作介質(zhì):反應(yīng)流出物 管子數(shù)量：485=240/每臺 2000年9月, A301G管束發(fā)生泄漏2002年12月，A301H發(fā)生爆管事故 2、加氫裂化高壓空冷失效原因調(diào)查 國外高壓空冷防腐控制原那么 NACE76年提出 ：1控制流速2控制腐蝕因子Kp值Kp= H2Smol%NH3mol% 3控制污水中NH4HS濃度 1999

2、年又提出：1應(yīng)采用完全對稱的集合管箱結(jié)構(gòu)；2碳鋼管：峰值流速最大值6m/s；3污水中NH4HS濃度低于8wt%；4Kp值在0.20.3之間 3、A301G、A301H高壓空冷器管束失效分析 3.1 A301實際運行工況 A301m/s Kp值在0.240.49之間 高分水中NH4HS Craig Harvey和Anil Singh對國際上46套加氫裝置總計超過700年的運行經(jīng)驗進行調(diào)查研究，將25套REAC裝置碳鋼管腐蝕程度分為4種： 嚴(yán)重(壽命小于5年) 中度(壽命610年) 低度(有腐蝕，但壽命超過10年) 無腐蝕 鎮(zhèn)海煉化 投用日期：1993年9月 2000年5月國產(chǎn)化空冷管束A301-

3、G發(fā)生泄漏 ； 2001年9月國產(chǎn)化空冷管束A301-H發(fā)生爆管。 1失效部位宏觀檢察情況管5-4為縱向開裂，破口部位最小壁厚約為mm，裂口部位距內(nèi)襯端部約40mm，屬于不均勻壁厚減薄導(dǎo)致的局部縱向開裂 。管5-8為環(huán)向爆裂，爆口部位距內(nèi)襯端部約45mm，爆口管壁壁厚為mm，是管子局部周向均勻減薄最終導(dǎo)致因強度不足而發(fā)生的環(huán)向爆裂。材料性能分析抽查6根管子,材料為10和20鋼拉伸試驗:機械性能符合10和20鋼標(biāo)準(zhǔn)金相組織 為鐵素體+珠光體 晶粒度 基本符合要求非金屬夾雜 較多3金相分析結(jié)果3.4 腐蝕產(chǎn)物分析 X射線衍射相結(jié)構(gòu)分析 垢狀物主要是單質(zhì)硫 腐蝕產(chǎn)物主要為FeOOH鐵銹 試樣編號金相

4、組織晶粒度評級非金屬夾雜評級5-1鐵素體珠光體11級1.55-8鐵素體珠光體85級2.05-4鐵素體珠光體85級1.5流速年腐蝕速率4m/s0.0091mm/年6m/s0.0091mm/年8m/s0.228mm/年 沖刷腐蝕試驗結(jié)果當(dāng)流體的速度小于6m/s時,試件基本上沒有腐蝕的跡象.當(dāng)流速達到8m/s時腐蝕速率迅速增大 4、管束介質(zhì)流場分析典型工況代號典型工況時間原料罐1800kt/a標(biāo)定工況94.11.29 8:005172900kt/a標(biāo)定工況97.03.27 8:0051531200kt/a運行工況(循環(huán)氫脫硫沒開)00.04.01 8:00518帶51542200kt/a運行工況(循

5、環(huán)氫脫硫沒開)00.06.11 8:00516帶51752200kt/a標(biāo)定工況(循環(huán)氫脫硫)00.07.06 8:00517帶518襯管尾部建模圖不同工況最大剪切應(yīng)力比較 以五種典型工況的三相流物性參數(shù)對襯管尾部進行CFD仿真，最大剪切應(yīng)力都出現(xiàn)在襯管后的管子底部 5 失效分析 鎮(zhèn)海煉化公司A301m/s，Kp值在0.240.49之間，高分水中NH4HS濃度在816%之間。空冷器使用的鋼管化學(xué)成分和力學(xué)性能符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求 ,材質(zhì)混用與失效無明顯因果關(guān)系鎮(zhèn)海煉化加氫裂化裝置A301管束的失效是由于介質(zhì)特性、運行工藝條件、鋼管的鋼質(zhì)純凈度、表面光潔度、襯管尾部的結(jié)構(gòu)突變等綜合原因造成的沖刷腐蝕

6、。6 失效預(yù)防與措施 硫氫化銨濃度為4%時，流速限制在6m/s以下 內(nèi)襯管的端部應(yīng)設(shè)計為錐形倒角，避免內(nèi)襯管與碳鋼管之間流場的突然變化引起湍流，造成碳鋼管的嚴(yán)重沖蝕 在制造過程中，內(nèi)襯管應(yīng)與碳鋼管緊密配合，防止松襯 控制NH4HS濃度；限制管束內(nèi)流速； 控制注水量和水的質(zhì)量； 國外多采用IRIS內(nèi)旋轉(zhuǎn)超聲檢驗系統(tǒng)和REFC遠場渦流，均在停工檢驗時進行，檢驗周期一般為15年，對腐蝕嚴(yán)重的裝置縮短檢驗周期和增加檢驗覆蓋的范圍。大型立式儲罐罐底腐蝕及在線聲發(fā)射檢測 福建煉化公司 合肥通用機械研究所大型常壓金屬儲罐具有容積大；分布集中；儲存介質(zhì)易燃、易爆等特點 儲油罐事故主要是腐蝕和泄漏引起，外腐蝕主

7、要是油罐底板外壁的土壤腐蝕和潮濕的大氣腐蝕；內(nèi)腐蝕主要為罐底、罐壁、罐頂腐蝕 解決罐底腐蝕問題、防止泄漏事故的手段有:(1)在油罐建造期間加強防腐措施，防患于未然；(2)使用期間加強監(jiān)測、監(jiān)控，提早發(fā)現(xiàn)問題，安排檢修計劃 失效儲罐現(xiàn)場長期以來，我國主要采取定期開罐檢查的方法評價儲油罐的強度和安全性，這種方法需要停工、倒罐、清罐和置換后才能檢測，費時費力，檢測費用高，且可能引起一定的環(huán)境污染。由于生產(chǎn)需要等原因，許多儲油罐不能得到及時檢查。此外定期開罐普查時僅發(fā)現(xiàn)少量儲油罐存在問題，造成大量浪費。因此，開發(fā)出一種在線檢測與評價技術(shù)，對到期的儲油罐進行在線監(jiān)測和評價，做到僅對少數(shù)有問題和有懷疑的儲

8、油罐進行開罐檢查，既方便生產(chǎn)，又保證安全，同時節(jié)省費用。 3. 我們目前所做的工作聲發(fā)射探頭布置示意圖泄漏源監(jiān)測結(jié)果腐蝕底板監(jiān)測結(jié)果10000立方米柴油儲罐聲發(fā)射在線監(jiān)測開罐檢查情況 焊疤開罐檢查情況 腐蝕坑7000立方米氨罐現(xiàn)場檢測1通過對各種現(xiàn)場典型立式儲罐的在線檢測，積累了現(xiàn)場實際檢測數(shù)據(jù)和檢測經(jīng)驗。通過對這些數(shù)據(jù)特征的分析和數(shù)據(jù)的詳細處理，為制定出科學(xué)、合理、實用的檢測與評定方法奠定了基礎(chǔ)。2立式儲罐罐底泄漏模擬試驗和腐蝕底板試驗，驗證了該方法對罐底檢測的有效性。3現(xiàn)場檢測與模擬試驗進一步完善了根據(jù)理論和試驗室研究所制定的檢測與評定方法，使該方法可操作性更強，更科學(xué)合理。 整體聲發(fā)射活

9、動度評級：級：無聲發(fā)射活動：很好；級：輕微聲發(fā)射活動：較好輕微腐蝕級：有一定的聲發(fā)射活動：一般一定腐蝕級：較多的聲發(fā)射活動：較差腐蝕明顯 級：嚴(yán)重的聲發(fā)射活動：很差腐蝕嚴(yán)重 潛在泄漏源評級級：罐底不存在腐蝕、泄漏跡象 級：罐底存在不確定的腐蝕跡象 級：罐底存在可能的腐蝕跡象 級：罐底存在較大的腐蝕跡象 級：罐底存在嚴(yán)重的腐蝕跡象 大型儲罐聲發(fā)射在線檢測方法及評價標(biāo)準(zhǔn)完整性評價級別AAB/AABB/BBCCC/CCDD/DDD注：A完整性很好，可以繼續(xù)運行一個檢驗周期6年；B完整性一般，可以繼續(xù)運行一個檢驗周期3年；C完整性較差，盡快制定檢修計劃1年； D完整性很差，盡快制定檢修計劃或監(jiān)控使用半年，或立即停工檢修；對于出現(xiàn)明顯泄漏的儲罐，不再定級，需立即維修；/表示不可能出現(xiàn)的狀況。1檢測前隔離儲罐。將罐的加熱器管及攪拌器等一切可能產(chǎn)生噪聲的裝置關(guān)閉。2避免外界干擾。3 檢測時，儲罐液位通常在5