加氢裂化装置中吸收塔湿硫化氢损伤检验策略研究

郑斌，周丽芳，邹斌，陈坡，洪朝

1.宁波市特种设备检验研究院(浙江宁波315048)

2.浙江医药高等专科学校(浙江宁波315100)

加氢裂化装置中吸收塔湿硫化氢损伤检验策略研究

郑斌1，周丽芳2，邹斌1，陈坡1，洪朝1

1.宁波市特种设备检验研究院(浙江宁波315048)

2.浙江医药高等专科学校(浙江宁波315100)

以某石化企业加氢裂化装置中一台吸收塔T306压力容器在检验过程中发现的缺陷为例，针对缺陷的产生部位，对其结构进行检查。分析得出该设备局部区域氢损伤的原因，并提出了改进办法。指出，应重视重点设备筛选工作，根据各自的损伤模式制定及细化检验方案，做好检验之前的准备工作，注意检验方法，并提出内外表面均应详细检查等湿硫化氢损伤的检验对策。

加氢裂化装置;吸收塔;湿硫化氢损伤

Taking a T-306 absorption tower pressure vessel in the hydrogen cracking unit of a petrochemical enterprise as an example，the positions of the absorption tower where defects are easy to produce are examined.The reasons of local hydrogen damage in the absorption tower are analyzed，and some improving measures are put forward.It is pointed out that the screening of key equipment，the formulation and refinement of their damage inspection plans，the preparation before inspection and inspection method should all be paid attention to.The countermeasures for the wet hydrogen sulfide damage inspection are presented.

加氢裂化是重质油轻质化的一种工艺方法。以减压馏分油为原料，与氢气混合，在温度400℃左右、压力约17MPa和催化剂作用下进行裂化反应，生产出干气、液化石油气、轻石脑油、重石脑油、航空煤油、轻柴油等产品。加氢裂化反应是脱烃、开环、多环芳烃饱和等反应。其目的是重油轻质化、最大限度地生产优质航空煤油和柴油。其生产方案灵活性大，产品质量稳定性好，但对设备要求高，工艺条件苛刻，投资高[1]。

加氢裂化装置一般由4部分组成：反应部分(加氢精制反应器、加氢裂化反应器);分馏部分(脱丁烷塔、脱乙烷塔、第一分馏塔、第二分馏塔);脱硫部分(干气脱硫、液化气脱硫、循环氢脱硫);机组部分(循环氢压缩机、新氢压缩机)。其特点是高温、高压、临氢，且物料中含有硫、氮等腐蚀性物质，要求设备耐高温、高压，耐氢蚀、硫腐蚀。其中设备的湿硫化氢损伤是指在湿硫化氢环境中，压力容器的钢材在腐蚀的作用下产生开裂：主要有硫化物应力开裂(SSC)、氢致开裂(HIC)、应力导向氢致开裂(SOHIC)、碱应力腐蚀开裂(ASCC)。

笔者结合加氢裂化装置中一台吸收塔T306的工况特点，介绍了如何筛选重点设备、如何进行检验，分析得出该设备局部区域氢损伤的原因，并提出了改进办法及今后检验的对策。

1 检验重点设备筛选

相关文献对易产生湿硫化氢应力腐蚀条件的描述主要有以下几点[2]。

1)pH值：溶液的pH值小于4，而溶解有硫化氢溶液的pH值大于7.6，且氢氰酸浓度大于20mg/L并溶解有硫化氢。

2)硫化氢分压：介质中含液相水或处于水的露点以下;溶液中溶解的硫化氢浓度大于50mg/L，潮湿气体中硫化氢气相分压大于0.000 3MPa时，且分压越大，敏感性越高。

3)温度：氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂损伤发生的温度范围为室温到150℃，有时可以更高，硫化物应力腐蚀开裂通常发生在82℃以下，尤其高发于0～65℃范围内。

4)钢材纯净度：钢中MnS夹杂物也是产生HIC、HB的主要原因之一。

5)焊后热处理：焊后热处理可以有效地降低焊缝发生硫化物应力腐蚀开裂的可能性，并对防止应力导向氢致开裂起到一定的减缓作用。

根据以上条件(主要是温度、介质、材质、硫化氢分压)，结合该干气脱硫吸收塔已经满足易产生湿硫化氢应力腐蚀前3个条件，故本次检验应重点关注内部的宏观检查和测厚。

2 检验过程

2.1 检验基本流程

在制定了相关检验方案后，对该加氢裂化装置的压力容器进行全面检验，检验内容包括：资料审查、宏观检验及结构检查、壁厚测定、磁粉检测、渗透检测、超声波检测、TOFD检测、硬度检测、金相检测、安全附件检验等。对可能发生湿硫化氢应力损伤的吸收塔加强了宏观检验和母材厚度测定的比例。

2.2 吸收塔主要参数和结构示意图

T306吸收塔主要参数和结构示意图分别见表1和图1。

2.3 检验过程

外部宏观、无损检测未发现可记录缺陷，可测厚部位的数值未发现异常。从底部人孔进入设备后，在底部封头及相连筒节T1也未发现问题，内部未搭架子，用手电直接向上观察可看到距底部5～6m的锥段及锥段以下各筒节表面，未发现明显问题。但用手电贴着筒体内壁向上照射时，可十分清楚地看到锥段以下第一、第二筒节(T3、T2)内表面有大量鼓包，形态如图2所示。

搭设内架后，就近观察T2、T3筒节内表面，发现T3筒节的鼓包分布密集，且直径较大，部分鼓包表面已经开裂，如图3所示。第二个筒节为分布较为均匀的鼓包，且鼓包直径较小，基本在10～35mm之间，相邻鼓包之间的距离约10mm。

搭设外架后，从外表面对T2、T3筒节密集测厚，发现T3筒节鼓包密集区域厚度变化较大，厚度值在8.0～14.0mm之间，即氢鼓包深度范围较大，经超声波检测判断内部可能存在倾斜裂纹或是台阶状裂纹，T2筒节鼓包区域测厚厚度值集中在12.4～13.5mm之间，即鼓包主要深度在4.5～5.6mm之间，深度范围较小。

逐个进入锥段以上各人孔，对设备可见内表面进行了细致的宏观检查和测厚，再未发现类似缺陷。

2.4 缺陷分析

T306吸收塔是检验前即已筛选出来的易发生湿硫化氢应力损伤的重点关注设备，对应参数表，并查询具体工艺信息(塔上部介质为干气、一乙醇胺，下部介质主要为富氨液)，可判断塔上部的损伤机理主要为均匀减薄+外部腐蚀，而下部的损伤机理主要为均匀减薄+湿硫化氢损伤+外部腐蚀，这与检验发现鼓包发生在下部筒节的检验结果相符合[3]。此外从T3筒节鼓包密集区域的超声波检测判断内部可能存在倾斜裂纹或是台阶状裂纹的结果看，符合氢致开裂(HIC)的特征[4]，可基本判断该区域存在氢致开裂。在最终缺陷处理时，从T2筒节割下的部分板材断面可见氢致开裂典型的台阶状开裂形貌，如图4所示。

2.5 缺陷处理及评定

根据检验结果，决定对T3筒节的鼓包密集处进行修复，修复方式为更换缺陷密集区域的板材及对部分分散区域的鼓包进行挖补。对T2筒节的鼓包进行泄压处理，并对处理后的缺陷进行合于使用性评价，以确定该设备继续服役的适应性。

缺陷处理完毕后，由中国特种设备检测研究院进行了合于使用评价，评价结果为通过，但是鉴于RBI评估出的设备风险总体处于一个较高的水平(主要是失效可能性较高)，建议自评估时间起运行满6个月时，推荐采用C扫描技术检测分层或氢致开裂(钢板平行方向)的扩展情况[5]。

3 总结

通过对加氢裂化装置中吸收塔的检验，发现该台设备存在明显的湿硫化氢应力腐蚀开裂;梳理总结整个检验过程，得出以下关于湿硫化氢损伤的检验要点。

1)重视检验前的重点设备筛选工作，对照本次检验结果，查出该台湿硫化氢应力腐蚀开裂的设备在筛选出来的名单之中，说明该筛选方法切实有效。做好筛选工作可做到有的放矢，提高检验方案的合理性，集中检验力量，也减少过度检验的发生。

2)检验方案可进一步细化，针对同一台设备(尤其大型设备)的不同相态区间(液相、气相)，不同介质分布区域，不同腔体(本体、夹套，管程、壳程)应根据各自的损伤模式分别制定相应的检验方案。比如对T306设备，上部与下部的介质不一样，损伤模式也不一样，湿硫化氢应力腐蚀开裂主要发生在下部，因此对下部的检验方法自然与上部侧重点不同。

3)目视检查和测厚是发现湿硫化氢损伤的有效方法，因此检验之前的准备工作一定要为这两项检查提供方便。例如，脚手架应搭到位，检测部位如有保温应全部拆除，尤其对筛选出的重点设备应做到检验全面细致，不能图方便只检查平台附近或容易检查的部位。

4)注意检验方法，宏观检验时针对氢鼓包正面目视很难发现轻微的鼓起，这时如采取用手电贴着筒壁照射的方法会更有效果。密集测厚(或采用电磁超声测厚)则对发现还未鼓起的氢致开裂较为有效。

5)根据检验结果，发现氢致开裂形成的鼓包内外表面均可能发生，发生在哪一面主要取决于板厚以及板材中不连续夹杂的具体位置，一般认为夹杂靠近内壁的，鼓包会形成于内壁，反之会形成于外壁。因此实际检验中对可能发生湿硫化氢损伤的设备必须要打开进入，并拆除外保温，内外表面均应详细检查。

[1]钱伯章.含硫原油加工工艺研究[J].石油规划设计，2005，16 (3):1-5.

[2]冯秀梅，薛莹.炼油设备中的湿硫化氢腐蚀与防护[J].化工设备与管道，2003，40(6):57-60.

[3]崔新安，宁朝辉.石油加工中的硫腐蚀与防护[J].炼油设计，1999，29(8):61-67.

[4]王维宗，晁怀瑞，于凤昌，等.炼油常用钢材的抗HIC性能及评价方法的研究[J].炼油技术与工程，2005，35(8):39-42.

[5]富阳.压力容器氢致开裂超声相控阵检测[J].无损检测，2013，35(6):23-31.

王梅

2015-03-19

郑斌(1982-)，男，工程师，现主要从事压力容器压力管道监督检验、定期检验、安全评估等方面工作。