加氫反應(yīng)器的制造檢驗(yàn)及在用檢驗(yàn)

關(guān)于加氫反應(yīng)器的制造檢驗(yàn)及在用檢驗(yàn)第一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器的制造檢驗(yàn)使用與防腐前言1加氫反應(yīng)器及材料的發(fā)展過(guò)程2加氫反應(yīng)器的制造與檢驗(yàn)3加氫反應(yīng)器的使用和腐蝕4.加氫反應(yīng)器的使用中腐蝕問(wèn)題實(shí)例5加氫反應(yīng)器的在用檢驗(yàn)第二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器主要作用高溫、高壓加氫反應(yīng)器主要用于加氫裂化、精制以及加氫重整、脫硫和脫除重金屬等工藝過(guò)程,是石油化工行業(yè)的重要裝置。在生產(chǎn)中使加氫處理達(dá)到低成本、高效率。①脫出物料中的不純物。例如PTA裝置中的加氫反應(yīng)器使TA(對(duì)苯二甲酸)中的不純物對(duì)羧基苯甲醛（4－CBA）還原成對(duì)甲基苯甲酸(P-TA)。通過(guò)后面的工序把溶于熱水的對(duì)甲基苯甲酸除去,從而制得精對(duì)苯二甲酸（PTA）。第三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日重油加氫精制②重質(zhì)原料油的裂解精制,提高產(chǎn)品的出率和品質(zhì)。反應(yīng)器的工作介質(zhì)為石腦油原料氣(含氫氣)。其主要工作原理是石腦油通過(guò)加熱器加熱至(400±10℃)進(jìn)入加氫反應(yīng)器,這時(shí)石腦油的主要成分為甲烷、乙烷、芳烴、烯烴等含硫不飽和烴,通過(guò)催化劑的作用,加入氫氣,使不飽和烴變成飽和烴。第四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日脫出有害元素③脫出有害元素硫、氮、氧的有機(jī)物，在加氫處理過(guò)程中產(chǎn)生斷鏈反應(yīng)。脫硫-S-+H2→H2S；脫氮-N-+H2→NH3；脫氧-O-+H2→H2O；脫鹵Cl-+H2→HCl④脫除重金屬。加氫處理脫去原料中的砷鉛銅等金屬第五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器及材料的發(fā)展過(guò)程

國(guó)內(nèi)六七十年代制造的加氫反應(yīng)器多為冷壁反應(yīng)器。這種形式的反應(yīng)器內(nèi)的隔熱層占據(jù)了內(nèi)殼的空間，減少了反應(yīng)器容積的利用率，浪費(fèi)了材料。另外，由于冷壁反應(yīng)器內(nèi)的非金屬隔熱層在介質(zhì)的沖刷下或在溫度的變化中極易脫落損壞，造成了反應(yīng)器的不安全隱患。而熱壁反應(yīng)器卻克服了上述的缺點(diǎn)。第六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日三個(gè)重要指標(biāo)回火脆化敏感性系數(shù)J=(Si+Mn)(P+Sn)×104≤100(目標(biāo)值80);X=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2≤15ppm(目標(biāo)值12);回火脆化敏感性試驗(yàn)

vTr54+3ΔvTr54≤0℃。第七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第一階段:拼焊內(nèi)襯不銹鋼筒,Cr-Mo鋼板＋收口筒節(jié)鍛造,+10℃,AKv≥55J(一個(gè)最低值≥47J);第二階段:整體結(jié)構(gòu),雙層堆焊,Cr-Mo鋼,-15℃,工廠＋現(xiàn)場(chǎng)組裝,vTr54+2.5ΔvTr54≤+38℃,J≤180,AKv≥55J(一個(gè)最低值≥47J);第三階段:整體結(jié)構(gòu),雙層堆焊,-30℃,AKv≥55J(一個(gè)最低值≥47J,工廠＋現(xiàn)場(chǎng)組裝,J≤130;第四階段:整體結(jié)構(gòu),雙層堆焊Cr-Mo鋼和添加V,內(nèi)徑Φ4500mm,工廠＋現(xiàn)場(chǎng)組裝,J≤130,X≤10ppm,vTr54十2.5ΔvTr54≤0℃加氫反應(yīng)器發(fā)展的四個(gè)階段第八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)內(nèi)主要制造廠中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)公司(簡(jiǎn)稱(chēng)一重)用2.25Cr-1Mo（F22）鍛鋼制造了近百臺(tái)加氫反應(yīng)器。此外,蘭石、上鍋和金重等先后也用2.25Cr-1Mo鋼制造了多臺(tái)加氫反應(yīng)器。第九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器鋼材

三種鋼材性能比較第十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2.25Cr-1Mo(F22)2.25Cr-1Mo鋼是用于加氫反應(yīng)器最成熟的鋼種,它廣泛用在重油加氫裂化和加氫脫硫裝置。對(duì)使用26年的6臺(tái)反應(yīng)器進(jìn)行檢測(cè)和解剖分析證明:對(duì)于設(shè)計(jì)溫度≤454℃、氫分壓≤20.7MPa的加氫反應(yīng)器,采用2.25Cr-1Mo鋼制造是可靠的。第十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日表3加氫精制反應(yīng)器某些部件

回火脆性的實(shí)測(cè)值第十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日表4加氫精制反應(yīng)器某些部件力學(xué)性能的實(shí)測(cè)值第十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2.25Cr-1Mo-0.25V(F22V)發(fā)展煤的液化技術(shù),需要開(kāi)發(fā)能適應(yīng)設(shè)計(jì)溫度達(dá)482℃和更高壓力臨氫環(huán)境的鋼材。與常規(guī)2.25Cr-1Mo和3Cr-1Mo-0.25V鋼相比有更高的最大許用應(yīng)力值。設(shè)計(jì)技術(shù)條件對(duì)鋼材化學(xué)成分的要求見(jiàn)表。第十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)產(chǎn)化的F22V指標(biāo)化學(xué)成分的實(shí)測(cè)值均能滿足設(shè)計(jì)要求;回火脆性的實(shí)測(cè)值:J系數(shù)為42～68;X系數(shù)為6.6～8.55ppm;vTr54+3ΔvTr54為-91.8～-40.7℃，均低于0℃～-18℃;AKV平均值為170～290J、最低值為150J;HB為179～225。這表明國(guó)產(chǎn)化的F22V各項(xiàng)指標(biāo)接近日本制鋼產(chǎn)品的水平。第十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日1．3加氫反應(yīng)器

鍛件進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的性能比較我國(guó)目前在制的世界上最大的煤液化裝置中的兩臺(tái)加氫反應(yīng)器是一種流態(tài)化床的加氫反應(yīng)器。設(shè)計(jì)殼體選用鍛鋼。兩臺(tái)煤液化反應(yīng)器中各有11個(gè)筒節(jié)采用法國(guó)進(jìn)口的鍛鋼精加工筒節(jié)。內(nèi)徑Φ4812mm、壁厚334mm、長(zhǎng)度2750mm、每個(gè)筒節(jié)凈重117.4t。第十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日差距中、法鍛件都能滿足設(shè)計(jì)要求。國(guó)產(chǎn)的鋼材對(duì)有害元素的控制上(P、S、As、Sb、P+Sn)稍有遜色;J、X系數(shù)也稍高于法國(guó)。兩國(guó)鍛件力學(xué)性能相當(dāng),但法國(guó)鍛件抗回火脆性優(yōu)于中國(guó)。第十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2加氫反應(yīng)器的制造與檢驗(yàn)以中石油克拉瑪依分公司的兩臺(tái)加氫反應(yīng)器的制造為例介紹加氫反應(yīng)器的制造與檢驗(yàn)的技術(shù)要點(diǎn)。加氫處理保護(hù)反應(yīng)器和加氫處理反應(yīng)器是30萬(wàn)噸/年潤(rùn)滑油高壓加氫裝置中的兩臺(tái)核心設(shè)備。選用2.25Cr-1Mo–0.25V鋼板制造,是國(guó)內(nèi)迄今為止器壁最厚的板焊式加氫反應(yīng)器。第十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2.1設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)壓力19.53MPa;設(shè)計(jì)溫度454℃;操作介質(zhì)油氣、氫氣、硫化氫;設(shè)備內(nèi)徑:Φ2200mm;壁厚(140+7.5)mm;總高:26050mm(加氫處理保護(hù)反應(yīng)器),35775mm(加氫處理反應(yīng)器);水壓試驗(yàn)壓力:28.4MPa(臥置)。第十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日制造要點(diǎn)①鋼板。設(shè)備殼體用SA542TyepdCL14A鋼板,厚度為140mm,鋼板供貨商為法國(guó)阿賽洛公司。②鍛件。設(shè)備所用2.25Cr-1Mo–0.25V鍛件由上海福勤機(jī)械有限公司提供,對(duì)應(yīng)法蘭0Cr18Ni10Ti鍛件由蘭石鍛熱廠提供。材料進(jìn)廠后對(duì)其質(zhì)量證明書(shū)進(jìn)行審查,鋼板和鍛件按設(shè)備專(zhuān)用技術(shù)條件有關(guān)要求驗(yàn)收合格;對(duì)于主要受壓元件用料按有關(guān)要求進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能及超聲波探傷復(fù)驗(yàn)。

第二十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日回火脆性系數(shù)回火脆化敏感性系數(shù)J=≤100(目標(biāo)值80);X=≤15ppm(目標(biāo)值12);回火脆化敏感性試驗(yàn)vTr54+3ΔvTr54≤0℃。金相組織照片不存在板條狀組織,晶粒度不小于7級(jí)。第二十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日金相組織照片（貝氏體組織）第二十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日表11全板厚硬度測(cè)試

沿板厚方向以5mm間隔進(jìn)行了全厚度硬度測(cè)試,見(jiàn)表11?？梢钥闯?沿板厚方向其硬度差值小于13HV10,說(shuō)明沿厚度方向上力學(xué)性能均一性良好。第二十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日焊接材料設(shè)備主體焊縫采用法國(guó)SAF公司生產(chǎn)的焊絲。焊絲:S225V,焊劑:F537,焊條:E225V。第二十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)備制造工藝--厚壁筒節(jié)成型

由于筒節(jié)壁厚140mm,直徑相對(duì)較小,曲率大,要求筒節(jié)圓度≤7mm;因此筒節(jié)成形是一大難點(diǎn)。確定采用溫卷、溫校成型工藝。加熱溫度低于鋼板的回火溫度。筒節(jié)卷制成形后,逐件進(jìn)行100%超聲檢測(cè),符合JB4730—94Ⅰ級(jí)要求;檢查筒節(jié)幾何尺寸:圓度差最大6mm,A類(lèi)焊縫最大棱角度為3，最大錯(cuò)邊量2mm,全部合格。筒節(jié)中溫卷板/校圓:加熱溫度660+15-10℃,保溫時(shí)間5h。第二十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日封頭成型

封頭為球缺形,整板下料在水壓機(jī)上整體熱沖壓成型。加熱溫度940±20℃,保溫時(shí)間2h;成型后封頭進(jìn)行淬火+回火熱處理。封頭正火:加熱溫度930+15-10℃,保溫時(shí)間3h。保溫后出爐淬火采用專(zhuān)用噴淋裝置；封頭回火:加熱溫度720+15-10℃,保溫時(shí)間3.5h,空冷。檢查封頭成型后最小厚度為97.2mm,內(nèi)表面形狀偏差最大為8mm,均符合圖樣要求。每個(gè)封頭帶1塊母材熱處理試板，試板模擬焊后熱處理:≤400℃裝爐,升溫和降溫速度均≤50℃/h,加熱溫度705+5-14℃,保溫時(shí)間14h。試板焊后熱處理后,力學(xué)性能檢驗(yàn)全部合格。第二十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目第二十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日產(chǎn)品的焊接

產(chǎn)品的焊接主要采用電弧焊和埋弧焊兩種焊接方法。依據(jù)評(píng)定結(jié)果,確定產(chǎn)品焊接工藝為:焊前預(yù)熱≥180℃,多層多道焊;焊條電弧焊的焊接線能量控制在16～27kJ/cm,埋弧焊的焊接線能量控制在22～32kJ/cm;層間溫度≤250℃;焊后立即進(jìn)行消氫處理（300～350℃×5h）;從而獲得成形美觀和無(wú)損檢測(cè)合格率高的焊接接頭。第二十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日焊后熱處理加氫反應(yīng)器設(shè)備整體進(jìn)爐進(jìn)行最終焊后熱處理,加熱溫度705+5-14℃,保溫8h?？刂蒲b爐溫度≤400℃,升、降溫速度≤50℃/h。第二十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)備內(nèi)壁堆焊層的要求部件內(nèi)壁堆焊309L+347L后,要在堆焊層表面2.5～3.0mm以下處取樣進(jìn)行化學(xué)分析,其結(jié)果應(yīng)滿足表8的要求。表8堆焊層347熔敷金屬的化學(xué)成分(%)第三十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日堆焊層試塊做抗氫剝離試驗(yàn)

在試塊上按工藝堆焊TP309L+TP347L,將試樣置于氫氣壓力19MPa,470℃,經(jīng)48h恒溫,升溫速度50℃/h,降溫速度260℃/h至室溫。試驗(yàn)循環(huán)6次,要求第一循環(huán)試樣冷卻到室溫24℃以后,停留168h,再升溫至第二循環(huán)。第二至第六循環(huán),試樣冷卻到24℃以后各停留48h。最后對(duì)試樣堆焊層進(jìn)行超聲檢測(cè),不允許有剝離現(xiàn)象。第三十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日水壓試驗(yàn)設(shè)備在廠內(nèi)臥置進(jìn)行了水壓試驗(yàn),試驗(yàn)壓力為28.4MPa,試壓用水氯離子含量≤15ppm。水壓試驗(yàn)一次合格。第三十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

加氫反應(yīng)器現(xiàn)場(chǎng)組焊技術(shù)

及質(zhì)量控制要點(diǎn)

一重為某廠制造的加氫反應(yīng)器筒體內(nèi)徑為Φ4413mm;壁厚為127mm;封頭的最小壁厚為68mm;總高為28531mm;總重410420kg。由于反應(yīng)器組焊后超長(zhǎng)、超重,無(wú)法進(jìn)行整體遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,所以分上、中、下三段運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組焊,即編號(hào)為B7的焊縫和編號(hào)為B11的焊縫必須在現(xiàn)場(chǎng)組焊。第三十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)備的起吊--組裝精度控制在組焊現(xiàn)場(chǎng)使用汽車(chē)吊,吊放殼體時(shí)要使用兩臺(tái)吊車(chē)同時(shí)工作。先組焊下段、中段,將工件吊至滾輪架組以后仔細(xì)調(diào)整,使殼體下段、中段對(duì)中，滿足組對(duì)的質(zhì)量要求，完全組焊完畢后,再組焊上段、中段,按上述方法進(jìn)行調(diào)整。第三十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日現(xiàn)場(chǎng)焊接--現(xiàn)場(chǎng)熱處理按焊接規(guī)程的要求,焊接區(qū)域進(jìn)行150~250℃的預(yù)熱,且對(duì)焊接電流、電壓、焊速等有嚴(yán)格的要求。采用龍門(mén)窄間隙焊機(jī)焊接。整個(gè)施焊過(guò)程中均采用燃?xì)馐胶?jiǎn)易加熱器對(duì)焊接區(qū)域加熱和保溫。由于現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境尤其自然風(fēng)的變化,對(duì)焊接區(qū)域的預(yù)熱和保溫有重大影響。因此,及時(shí)的監(jiān)視溫度變化,并隨溫度的變化調(diào)節(jié)加熱器的氣流量,以保證焊接過(guò)程的穩(wěn)定。對(duì)接焊縫焊接完成后,立即進(jìn)行中間消氫熱處理,探傷合格后,進(jìn)行焊接接頭的最終熱處理(PWHT)。第三十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及水壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)組焊的B7、B11焊縫,除了常規(guī)的檢驗(yàn)外,還采用了多通道自動(dòng)化超聲波檢測(cè)(TOFD)方法,取代了射線檢驗(yàn)。B7、B11焊縫檢測(cè)一次合格。水壓試驗(yàn)采用臥式試壓法,試驗(yàn)壓力為11.9MPa對(duì)試驗(yàn)用水的水質(zhì)及水溫都作了嚴(yán)格的規(guī)定。經(jīng)國(guó)家特種設(shè)備監(jiān)察部門(mén)、用戶、監(jiān)造單位及制造廠檢驗(yàn)人員現(xiàn)場(chǎng)共同檢查,確認(rèn)水壓試驗(yàn)合格。第三十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3加氫反應(yīng)器的使用和腐蝕在役加氫反應(yīng)器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行,面臨的的典型損傷主要有回火脆性、氫脆、氫腐蝕、堆焊層剝離、堆焊層裂紋和蠕變脆化等,如圖2所示。第三十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器的使用和腐蝕第三十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日回火脆性及特征

合金結(jié)構(gòu)鋼淬火以后,隨著回火溫度的提高,其抗拉強(qiáng)度降低,韌性、塑性提高。但是在特定溫度區(qū)回火或在其中緩冷時(shí),沖擊韌性出現(xiàn)顯著降低的現(xiàn)象,稱(chēng)為回火脆性。主要是由于鋼中的雜質(zhì)如P、Sn、As和Sb等元素在鋼中偏析,使晶界強(qiáng)度降低,易于在晶界破壞的同時(shí)產(chǎn)生脆性破壞的現(xiàn)象。第三十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日高溫回火脆性

高溫回火脆性和低溫回火脆性,其中高溫回火脆性（300－600℃）是可逆的,即在重復(fù)回火時(shí)仍會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，一般所說(shuō)的回火脆性就是指高溫回火脆性。特征是沖擊試樣的斷口為晶粒狀,斷口的顏色也較暗。對(duì)于2.25Cr1Mo鋼焊縫金屬及熱影響區(qū)的回火脆化敏感性比同質(zhì)母材高。第四十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日回火脆性的評(píng)定在評(píng)價(jià)回火脆化度時(shí),觀察轉(zhuǎn)變溫度的變化能更好地了解脆化的實(shí)質(zhì)。一般作沖擊試驗(yàn)時(shí),多用轉(zhuǎn)變溫度vTrs（如40ft.lb能量轉(zhuǎn)變溫度vTrs40）或斷口脆性轉(zhuǎn)變溫度FATT(vTrs)的上升來(lái)定量地評(píng)價(jià)。第四十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日氫脆

氫脆就是鋼中吸收氫所引起的脆化現(xiàn)象,即鋼在臨氫條件下使用時(shí),氫以原子狀態(tài)擴(kuò)散侵入晶格之間,然后又以分子狀態(tài)積聚于晶界或非金屬夾雜物的周?chē)?。金屬的抗拉?qiáng)度或硬度雖然沒(méi)有特別引人注目的變化,但在常溫附近的缺口強(qiáng)度、韌性顯著降低,有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋等。受到氫脆的材料,如果沒(méi)有產(chǎn)生裂紋經(jīng)過(guò)脫氫處理后,其延性及韌性會(huì)得到恢復(fù)。第四十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日氫腐蝕氫腐蝕是在高溫高壓條件下,侵入到鋼中的氫與鋼中的滲碳體反應(yīng)生成甲烷，因而導(dǎo)致鋼材晶粒邊界及附近的空隙、雜質(zhì)、不連續(xù)部脫碳為起點(diǎn)形成甲烷聚集,在壓力升高的同時(shí),逐漸形成微小縫隙。這種反應(yīng)過(guò)程隨著溫度、壓力升高而加劇,最終導(dǎo)致局部屈服或鼓包并產(chǎn)生裂紋,材料的性能明顯降低。

Fe3C+2H2――Fe＋CH4↑第四十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日回火脆化和氫脆及氫腐蝕在高溫高壓臨氫條件下工作的材料,有時(shí)同時(shí)出現(xiàn)回火脆化和氫脆。實(shí)驗(yàn)表明,2.25Cr1Mo鋼加氫后的夏比沖擊轉(zhuǎn)變溫度上升,沖擊能降低,隨著氫量的增加,這種傾向也在增大?；鼗鸫嗷瘜?duì)于母材的氫致誘導(dǎo)開(kāi)裂有促進(jìn)作用。氫腐蝕即使經(jīng)過(guò)脫氫處理,性能也不會(huì)恢復(fù),是不可逆的過(guò)程。鋼中碳含量越高,則越容易發(fā)生氫腐蝕,因此應(yīng)嚴(yán)格控制碳含量小于0.15%。第四十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日堆焊層剝離和層下裂紋堆焊層剝離發(fā)生在母材與不銹鋼堆焊層之間的界面,經(jīng)顯微鏡觀察,剝離是沿著粗晶界面而引發(fā)和擴(kuò)展的,而粗晶界面是在焊接界面中鄰近界面碳化物區(qū)域處形成的,剝離一般發(fā)生在距離界面幾十微米內(nèi),其剝離面為晶界斷裂和解理裂。

第四十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日吸氫的影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),在高溫高壓作用下,母材和堆焊層吸收氫,停工時(shí),氫將擴(kuò)散析出。由于堆焊層界面兩側(cè),奧氏體堆焊層和基體母材的吸氫過(guò)飽和度不同,兩者之間滲氫率和擴(kuò)散率也不同,氫易于向奧氏體側(cè)聚集,界面材料的KIH低。由于溫度壓力的波動(dòng)、進(jìn)入正常狀態(tài)之前的升溫升壓、停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的保溫降壓等處理不當(dāng),將使設(shè)備受到熱應(yīng)力作用。使堆焊層界面發(fā)生剝離現(xiàn)象。因此應(yīng)盡可能地考慮緩慢地升溫升壓和降溫降壓。第四十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日熱膨脹系數(shù)不同的影響由于母材2.25Cr1Mo鋼與堆焊層奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數(shù)不同,在反復(fù)加熱、冷卻的過(guò)程中,兩者熱膨脹或冷收縮的步調(diào)不一致,在界面上產(chǎn)生很大的剪切應(yīng)力,加上界面氫的存在,促進(jìn)了堆焊層的剝離。第四十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日堆焊層剝離的危害堆焊層剝離本身并不是一種可怕的缺陷,某種意義上說(shuō),只是在局部范圍內(nèi)把單層容器變成了多層容器?？膳碌氖怯捎趧冸x而產(chǎn)生微裂紋,穿透堆焊層,使基體材料直接暴露于工作介質(zhì)之中,

甚至堆焊層下裂紋向母材方向延伸,這將是構(gòu)成加氫反應(yīng)器重大事故的威脅性的缺陷,是需要注意和通過(guò)定期檢驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。第四十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日熱疲勞設(shè)備在超過(guò)一定溫度以上時(shí),材料會(huì)出現(xiàn)熱疲勞裂紋,溫度越高,發(fā)生熱疲勞的可能性越大。加氫反應(yīng)器的殼體出現(xiàn)熱疲勞裂紋一般集中發(fā)生在反應(yīng)器上下開(kāi)口的根部連接處及裙座安裝部位的角焊縫。裂紋一般由表面或接近表面的位置發(fā)生,向內(nèi)部擴(kuò)展,肉眼無(wú)法看見(jiàn),須用磁粉探傷才能檢查出來(lái)。熱疲勞也被稱(chēng)為蠕變脆化裂紋。第四十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器的使用中

腐蝕問(wèn)題第五十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2006年3月,某廠已運(yùn)行17年的高壓加氫裂化裝置反應(yīng)器DC-102(設(shè)計(jì)壓力17.44MPa、設(shè)計(jì)溫度442℃),接管焊縫處有1mm左右的小砂眼,6h后該砂眼迅速發(fā)展成外壁弧長(zhǎng)約40mm的環(huán)向裂紋,裝置被迫停車(chē)。加氫反應(yīng)器接管焊縫裂紋第五十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫裂化裝置反應(yīng)器接管

焊縫環(huán)向裂紋

第五十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日焊縫裂紋實(shí)物照片

第五十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日裂紋末端出現(xiàn)發(fā)散裂紋示意第五十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日檢驗(yàn)檢測(cè)①光譜測(cè)定。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裂紋部位焊縫及法蘭、短接管進(jìn)行光譜檢測(cè)。結(jié)果表明:法蘭、短接管材質(zhì)為12CrMo910與X10CrNiTi189,其間異種鋼焊接的焊條為Inconel182。焊縫金屬光譜檢測(cè)結(jié)果與Inconel182合金元素含量比較見(jiàn)表。第五十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

硬度HB測(cè)定對(duì)產(chǎn)生裂紋的法蘭及短接管熱影響區(qū)、焊縫、母材進(jìn)行硬度測(cè)定,并與相同工況、同異種鋼焊接的其它管道進(jìn)行比較,兩者對(duì)應(yīng)部位的硬度基本一致。第五十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日母材、焊縫及熱影響區(qū)UT檢測(cè)焊縫外裂紋42mm,內(nèi)裂紋340mm。

第五十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日裂紋產(chǎn)生原因分析法蘭材料12CrMo910鍛件,內(nèi)壁堆焊了TP309L+TP347L,裂紋發(fā)生在焊縫上,而且在修復(fù)打磨過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)整條焊縫有大小不等的斷續(xù)裂紋,隨著開(kāi)停工次數(shù)增加,或異常情況下緊急停車(chē),溶解氫來(lái)不及擴(kuò)散釋放,聚集在法蘭內(nèi)壁堆焊層與焊縫熔合線處會(huì)引起堆焊層鼓包、開(kāi)裂。另外，法蘭短接管之后的工藝管道焊接是現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接,存在較大管道應(yīng)力。第五十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日③堆焊層下腐蝕由于12CrMo910鋼對(duì)加氫反應(yīng)器高溫介質(zhì)的耐蝕性低于奧氏體不銹鋼,所以腐蝕產(chǎn)物會(huì)在堆焊層裂紋下面聚集,產(chǎn)生堆焊層下腐蝕。第五十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器床層漿料液面下的孔蝕PTA(精對(duì)苯二甲酸)加氫反應(yīng)的原理是把充分混合并升溫升壓的對(duì)苯二甲酸粗制品水溶液送到加氫反應(yīng)器,通過(guò)催化劑床層,在工作壓力6.86---8.63MPa,工作溫度275-288℃的環(huán)境下,使TA(對(duì)苯二甲酸)中的不純物對(duì)羧基苯甲醛（4－CBA）還原成對(duì)甲基苯甲酸(P-TA)。對(duì)甲基苯甲酸易溶于熱水,通過(guò)后面的工序把溶于熱水的對(duì)甲基苯甲酸除去,從而制得精對(duì)苯二甲酸（PTA）。第六十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

PTA加氫反應(yīng)工藝流程圖第六十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器腐蝕情況在2005年10月大檢修做容器檢驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)鈀炭催化劑床層至漿料液面下約1m的環(huán)形區(qū)間表面到處都是腐蝕出的小孔,而其他部位未發(fā)現(xiàn)異常腐蝕。第六十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器腐蝕原因分析在加氫反應(yīng)器的催化劑床層上流體流動(dòng)時(shí),流體中心流動(dòng)速度最快,邊緣流動(dòng)最慢,又由于催化劑床層的阻力,水溶液在催化劑床層上面至漿料液面下約1m的筒壁處流動(dòng)速度緩慢,故水溶液的沉淀物最容易附著于此。由于水溶液中存在微量的Cl、Br（反應(yīng)催化劑中含有Br）,具有孔蝕發(fā)生的環(huán)境,故此處很容易誘發(fā)孔蝕。第六十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器腐蝕面的修復(fù)①選用904L鋼板覆蓋在腐蝕面上,有效防止孔蝕。904L板材卷成外圓Φ2600mm、寬500mm的弧行板塊,四周打磨坡口,并在每塊上打幾個(gè)螺孔用于焊縫檢漏。采用可控式電加熱器在修復(fù)面上逐步加熱至350℃并保溫12h,消氫處理。選用E904L焊材，焊接參數(shù)選用小的熱輸入（熱量輸入≤1.5kJ）；和低層溫(≤100℃)。逐段用壓縮空氣及肥皂水對(duì)焊縫檢漏,檢漏后補(bǔ)焊螺孔并打磨光滑。用鈍化液進(jìn)行酸洗鈍化。第六十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器下封頭發(fā)生破裂中石化巴陵分公司制氫裝置的加氫反應(yīng)器,容器基材為15CrMoR。該設(shè)備在2003年6月大修后的開(kāi)車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)超溫現(xiàn)象(容器壁溫超過(guò)600℃),在運(yùn)行了約8h以后,下封頭發(fā)生破裂,在裂口出有火焰噴出,并在開(kāi)裂位置上方筒體發(fā)生鼓包。第六十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器的主要技術(shù)參數(shù)容器設(shè)計(jì)壓力3.7MPa;設(shè)計(jì)溫度425℃;主體材料15CrMoR;筒體內(nèi)徑Φ1800;筒體及封頭的實(shí)際厚度36～38mm;

反應(yīng)器的工作介質(zhì)為石腦油原料氣(主要成分為甲烷、乙烷、芳烴、烯烴等含硫不飽和烴,)。石腦油加熱至400±10℃進(jìn)入加氫反應(yīng)器,加入氫氣通過(guò)催化劑(鈷鉬)的作用,使石腦油中的有機(jī)硫變成無(wú)機(jī)硫,不飽和烴變成飽和烴(90%以上的為甲烷)。第六十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日容器內(nèi)外部宏觀檢查容器外側(cè)檢查發(fā)現(xiàn)1#裂紋在容器下封頭與裙座的角焊縫上方熱影響區(qū)，長(zhǎng)760mm,最寬處約20mm；2#裂紋長(zhǎng)750mm,最寬處約40mm。與1#裂紋交匯于角焊縫處。裂紋尖端可見(jiàn)大量與主裂紋平行的小裂紋。筒體從下數(shù)第二條環(huán)焊縫處筒體發(fā)生鼓包,鼓包面積約為700mm2,鼓包高度約30mm。第六十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日容器鼓包開(kāi)裂位置示意第六十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日宏觀斷口與壁厚測(cè)量在容器上五處取樣進(jìn)行試驗(yàn),裂紋斷口平齊,呈明顯脆性斷口特征。容器壁進(jìn)行測(cè)厚,位置如圖所示，結(jié)果如表。第六十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日材料化學(xué)元素分析設(shè)計(jì)材質(zhì)均為15CrMoR,取樣進(jìn)行兩次化學(xué)元素分析,結(jié)果如表。容器下封頭材料的化學(xué)成分中不含Cr、Mo,不符合15CrMoR標(biāo)準(zhǔn)要求,懷疑該封頭材料為20R。第七十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

機(jī)械性能分析在拉伸試驗(yàn),數(shù)據(jù)如表。結(jié)果表明,鼓包處試樣機(jī)械性能已下降,低于標(biāo)準(zhǔn)值。裂紋處試樣化學(xué)元素分析表明不是15CrMoR材料,機(jī)械性能同樣低于15CrMoR材料標(biāo)準(zhǔn)值。第七十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日金相分析試樣一、二和三的金相組織為片狀珠光體+鐵素體,珠光體球化為一級(jí)，裂紋尖端有許多平行于主裂紋的裂紋,裂紋主要為沿晶裂紋,個(gè)別位置為穿晶裂紋;試樣四的金相組織為珠光體+鐵素體,珠光體球化為三級(jí)至四級(jí)；試樣五的金相組織為珠光體+鐵素體,珠光體球化為二級(jí),材料有帶狀組織。第七十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一級(jí)

試樣1一級(jí)(500×)試樣3三級(jí)、四級(jí)(500×)試樣2一級(jí)(500×)試樣4一級(jí)(1000×)試樣5二級(jí)(500×)第七十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日斷口掃描電鏡分析對(duì)容器下封頭裂紋的斷口進(jìn)行掃描電鏡斷口分析,可見(jiàn)許多二次裂紋和空洞,可能是氫在聚集形成的空洞。取容器下封頭母材經(jīng)拉伸得到新斷口進(jìn)行斷口觀察為韌窩。

第七十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日破裂事故分析①下封頭所用材料是錯(cuò)誤的低級(jí)別的材料。機(jī)械性能顯示容器下封頭材質(zhì)的平均拉伸強(qiáng)度為411.9MPa,屈服強(qiáng)度為231.4MPa,裙座與封頭的焊接接頭機(jī)械性能也下降。②破裂事故發(fā)生過(guò)程中,由于容器的超溫運(yùn)行,導(dǎo)致下封頭區(qū)域原本低級(jí)別的材料機(jī)械性能更低,于是在最薄弱的裙座與封頭的焊縫熱影響區(qū)出現(xiàn)了開(kāi)裂。同時(shí),材質(zhì)球化相對(duì)嚴(yán)重的位置出現(xiàn)鼓包變形。第七十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日開(kāi)裂最敏感的部位③容器的開(kāi)裂位置位于裙座與容器下封頭焊接的位置。由于該處是容器所有重量的支撐點(diǎn),同時(shí)受到重力、內(nèi)壓、溫度等載荷的作用,成為容器受力最復(fù)雜、最刻苛和相對(duì)薄弱的部位,也是開(kāi)裂最敏感的部位。第七十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加氫反應(yīng)器的在用檢驗(yàn)在用檢測(cè)是采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法,比較精確地檢出新生缺陷,監(jiān)測(cè)原始缺陷的擴(kuò)展情況。重點(diǎn)應(yīng)是產(chǎn)生新缺陷危險(xiǎn)性大的部位,以及有記錄的缺陷部位。加氫反應(yīng)器可能出現(xiàn)缺陷的應(yīng)力集中部位位于環(huán)形墊圈槽、主焊縫、開(kāi)口接管角焊縫、外部連接件焊縫、內(nèi)部支持圈凸緣、裙座與筒體間的焊縫等不連續(xù)處。因此檢驗(yàn)時(shí),應(yīng)重點(diǎn)檢驗(yàn)密封面、主焊縫、主螺栓和堆焊層下缺陷。確定缺陷的形貌、位置及尺寸。第七十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日主要的無(wú)損檢測(cè)方法設(shè)備本體及內(nèi)件進(jìn)行VT檢查;主體環(huán)焊縫、接管焊縫、裙座焊縫的外部，吊耳角焊縫和保溫支持圈角焊縫的外部進(jìn)行100%MT（PT）和UT(采用RT)以及硬度檢查；不銹鋼堆焊層剝離及層下裂紋,外壁100％UT,內(nèi)壁復(fù)查;支持圈凸臺(tái)外壁100%UT檢驗(yàn),內(nèi)壁復(fù)檢;檢驗(yàn)高壓雙頭螺栓100％MT檢驗(yàn),核對(duì)成分用光譜分析;內(nèi)壁不銹鋼堆焊層、支持圈凸臺(tái)、熱電偶套管、托架和法蘭密封槽100%PT檢驗(yàn);內(nèi)壁堆焊層實(shí)際厚度測(cè)定；現(xiàn)場(chǎng)容器表面顯微金相檢驗(yàn)。第七十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日δ－鐵素體含量分析加氫反應(yīng)器內(nèi)壁不銹鋼堆焊奧氏體不銹鋼,無(wú)論是雙層堆焊還是單層堆焊,堆焊層的δ－鐵素體含量是非常關(guān)鍵的。一般焊后狀態(tài)鐵素體含量應(yīng)為3－10％。δ－鐵素體含量過(guò)多時(shí),會(huì)在熱處理時(shí)產(chǎn)生δ－鐵素體向σ相轉(zhuǎn)變,同時(shí)母材中的碳可能通過(guò)熔合線向不銹鋼堆焊層遷移形成馬氏體而引起脆化。δ－鐵素體含量少于3％不僅是引起堆焊層表面熱裂紋的主要原因,而且在使用中也易于發(fā)生剝離。第七十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日試塊基本概況通常在設(shè)備運(yùn)行約為50000小時(shí)后,停工檢修時(shí)將掛片取出,取樣進(jìn)行試驗(yàn)。試塊尺寸是500×400×240mm,中間有一條焊縫,外部六面都有堆焊層,基體材質(zhì)為:12CrMo910,堆焊層材質(zhì)為:TP347(相當(dāng)于1Cr18Ni9Nb)。(1)PT檢驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)各有一處裂紋。試塊Ⅰ裂紋呈月牙狀,長(zhǎng)5mm左右,經(jīng)打磨后變長(zhǎng)。試塊Ⅱ發(fā)現(xiàn)有一處裂紋長(zhǎng)65mm。對(duì)試塊Ⅱ堆焊層表面裂紋做金相試驗(yàn),堆焊層表