甲醇合成塔环缝开裂的现场检修问题研究

林佳萍　董巍　刘新瑜

摘要：甲醇合成塔在甲醇装置中占据着重要的位置，具有操作压力较高、易燃易爆的特点，并具有一定的毒性。一旦出现事故，既会带来严重的经济损失，还可能引发人员伤亡。本文先对甲醇合成塔进行概述，然后分析了甲醇合成塔环缝开裂的具体原因，最后提出了甲醇合成塔环缝开裂的现场检修策略，希望能为甲醇合成塔的应用提供一定的参考。

关键词：甲醇合成塔；环缝开裂；现场检修

1.甲醇合成塔概述

某工程项目中的甲醇合成塔在投入使用三年后，进行检修时发现该合成塔的环缝存在漏点，通过UT检查意外发现还存在裂纹，这对设备的安全使用构成了较大的威胁。该工程项目中的甲醇合成塔为低压管壳式结构。管程内部装有催化剂，壳程注入锅炉给水，待其沸腾后带走部分热量，借助甲醇合成塔壳程内部沸腾的水的压力来调控反应温度。该合成塔具有催化剂床层温度差异较小、操作稳定和高转化率的特点，在我国有较高的认可度。该合成塔直径达到4000毫米，现阶段，与相同结构的合成塔相比，它的规格最大。

2.甲醇合成塔环缝开裂原因分析

甲醇合成塔环缝出现裂纹，该裂纹主要分布在下管板和壳程筒节对焊的位置，在检修的过程中，观察发现环缝中存在一处泄漏点。对其实施UT检测，发现在环缝中存在多个裂纹，裂纹延伸至与合成塔外层相距40毫米左右的位置处，环缝UT等级达到四级，在其表面还没有出现裂纹。目前，据对大量甲醇合成塔环缝开裂原因分析可知，主要存在以下几种原因：

（1）存在细微的延迟裂纹，它在温差效应的影响下引发拉裂；

（2）初始设计阶段存在缺陷或者焊缝热处理效果不良，在使用的过程中热应力和应力的双重作用出现开裂；

（3）除氧效果不理想，继而引发氧腐蚀，产生严重的影响，筒体在氧腐蚀的长时间作用下最终失效；

（4）锅炉水中填补的水体稳步不高，增加了管程和壳程中的温度差异，进而加大温差应力。

该结构的加成合成塔被广泛地应用在工程中，相应的技术理论比较成熟，因此，其结构设计基本上不存在问题。锅炉给水为壳程介质，此介质已经进行了有效的去除氧气和氯离子等措施，因此，也可以排除介质应力腐蚀这一因素。该甲醇合成塔使用的是强度超高的钢，因此，需要对其进行除氢和除应力热处理操作。因换热器结构的制约，可以对壳程、封头等实施整体热处理操作，对于管板与封头之间以及管板与筒节只能实施局部热处理操作。在焊接的过程中，任何一个环节出现问题都出引发裂纹，外加局部热处理自身难度系数较大。据以往工作经验，初步断定热处理效果不理想是本工程中的甲醇合成塔环缝出现开裂的主要原因。

3.甲醇合成塔的现场检修

3.1预热

本工程中的甲醇合成塔使用的钢材料具有超高的强度和韧性。钢材自身具有加强的抵抗热脆和热裂的性能，然而因其含有较多的合金元素，脆硬性相对较高，这自然会增加焊接冷裂纹的敏感性。因此，应对其进行预热措施，实际预热处理操作中的温度的确定，应以制造厂商的焊接工艺为依据。本工程的所采取的预热处理为：向管程中注入温度为100的氮气，以此来缩减设备内外部之间的温度差异，在修复环焊缝的两端分别加设一圈加热带，进而加热至规定温度，在设备外端搭接脚手架，同时利用薄钢板包裹设备，以此来规避因外界温度变化而影响设备焊接效果；

3.2去除裂纹

针对环缝实施100%UT检测，确定裂纹的具体位置。利用碳弧气刨消除缺陷，同时对打磨的位置实施MT，以此来保证焊道坡口完整。去除焊缝裂缝时，可观察到存在纵向裂缝，它主要存在与焊缝中且裂纹宽度较大，本结构母材表面的裂纹较少且宽度较小，由此可知，制造失误是环缝出现开裂的主要原因，主要是因为焊接或者热处理不合适引发的延长裂纹或者再热裂纹；

3.3补焊

补焊的过程中，应采用对称的模式施焊，进而降低焊接形变和残余应力。焊接的过程中应严格参照焊接工艺判断施焊，严格控制焊条烘烤时间、温度、层间温度等参数。通常控制层间温度在250-300度范围内。完成焊接后，应及时进行除氢处理，通常温度为300度，温度持续时间大约在两小时；

3.4焊缝探伤

完成除氢处理操作后，围绕焊缝实施100%UT檢测，然后进行复检，待检测合格后，才可实施去除应力热处理；

3.5热处理

待完全检测焊缝后，应进行去除应力热操作。在热操作的过程中应严格参照制造上的相关工艺说明进行。因修复的焊缝只能进行局部热处理，因外界环境影响，为彻底去除焊接残余应力，可以适当地增加保温时间；

3.6焊缝探伤

本结构中的焊缝可能会因热处理不合理出现再热裂纹，因此，应再次探伤焊缝，具体操作为：首先对其进行100%UT检测，然后进行复检，待检测合格后，实施水压试验；

3.7水压试验

参照相关规范标准，对其壳成实施水压试验。

4.结语

甲醇合成塔在甲醇装置中占据着重要的位置，制造成本较高，一旦出现安全事故将带来严重的后果。因此，在生产制造的过程中应尽量选取一些综合实力雄厚的制造商。在实际的生产制造和检修过程中应注意以下问题：

（1）超强度钢材十分容易生成冷裂纹，焊接难度系数较大，生产制造时应全面最好前期预热工作，严格参照焊接工艺施焊；

（2）充分进行去除应力热处理操作，对于部分焊缝只能实施局部热处理，在热处理的过程中，应全面做好保温工作，如果条件允许还可以适当增加热处理时间；

（3）在生产制造过程中，应预先编制科学的制造工艺，并严格参照质量控制体系实施，进而保障甲醇合成塔设备的质量。

参考文献：

[1]魏志强，吴清卫.甲醇合成塔环缝开裂的现场检修[J].压力容器，2010，27（9）：55-57，50.

[2]石建玲，王关林.甲醇合成塔环焊缝开裂原因分析及修复方案[J].化肥设计，2012，50（3）：27-29.

[3]戎加富，杨勇，赵清万等.甲醇合成塔管板的制造难点解析[J].压力容器，2010，27（8）：62-64，61.

[4]刘天汇，贺瑞民，魏聚广，陈西伍.甲醇合成塔气体分布器改造[J].设备管理与维修，2010（01）.