在用原料油緩沖罐定期檢驗缺陷分析

顧文喜

（甘肅省特種設(shè)備檢驗檢測研究院，甘肅 蘭州 730050）

在用壓力容器的定期檢驗是一項復(fù)雜的、高難度的工作，其復(fù)雜性和難度體現(xiàn)在壓力容器材料、結(jié)構(gòu)、介質(zhì)運行狀態(tài)的多樣化，檢驗知識涉及多個專業(yè)領(lǐng)域，檢驗過程采用多種技術(shù)和手段，最重要的是對容器的整體和局部進(jìn)行一系列檢測和試驗，這就需要檢驗人員在分析和評定檢驗數(shù)據(jù)時，必須擁有廣博的知識和深厚的經(jīng)驗。壓力容器的定期檢驗，最常見的腐蝕問題一直是困擾石油化工行業(yè)壓力容器安全的重大風(fēng)險因素。

1 定期檢驗中宏觀檢查的重要性

快速有效的宏觀檢查對于定期檢驗非常重要，也是最基本的檢驗方法，其方式簡單易行，可以直接看出容器內(nèi)外表面比較明顯的結(jié)構(gòu)、腐蝕、機械損傷等缺陷，對容器整體質(zhì)量印象有直觀認(rèn)知，為下一步其他檢驗內(nèi)容、檢測項目、方式、比例、部位的選擇和實施提供根據(jù)。而目視檢測又是重中之重，檢驗人員用肉眼對容器的結(jié)構(gòu)和內(nèi)外表面狀態(tài)進(jìn)行檢查，通常在其他檢驗方法之前進(jìn)行。

《承壓設(shè)備無損檢測 第7部分：目視檢測》（NB/T 47013.7—2012）中對于目視檢測的定義為：觀察、分析和評價被檢件狀況的一種無損檢測方法，僅指用人的眼睛或借助于某種目視輔助器材對被檢件進(jìn)行的檢測[1]。檢驗人員通過目視檢測判斷容器結(jié)構(gòu)與焊縫布置是否合理，容器整體和局部有無變形、鼓包等缺陷，內(nèi)外表面焊縫以及局部應(yīng)力集中部位是否有腐蝕、裂紋等。這些宏觀缺陷依靠肉眼大面積的掃視，就能給檢驗人員取得直觀印象，是別的檢查方式無法替換的。目視檢測時，一般先看整體后看局部，從宏觀到微觀，發(fā)現(xiàn)異常部位后進(jìn)一步通過其他技術(shù)手段復(fù)查。

定期檢驗時，一是在壓力容器的資料審查階段，首先根據(jù)設(shè)計資料，了解容器設(shè)計結(jié)構(gòu)，使用的材質(zhì)，根據(jù)使用的介質(zhì)判斷選材是否合理，所用金屬材料的類別、強度是否滿足使用要求；然后根據(jù)介質(zhì)的濃度、特征、溫度、有害雜質(zhì)以及壓力判斷金屬材料是否處于易產(chǎn)生腐蝕的環(huán)境；最后結(jié)合前幾期定期檢驗報告數(shù)據(jù)的分析，作出初期預(yù)判，對于壓力容器承受載荷的重點部位，易出現(xiàn)缺陷的部位，使用過程中缺陷容易擴展的部位，上次定期或年度檢驗中發(fā)現(xiàn)問題的部位，都應(yīng)該重點進(jìn)行檢驗。憑借檢驗經(jīng)驗，檢驗人員針對檢驗的壓力容器，分析它容易出現(xiàn)的損傷模式，制定有效可行的個性化檢驗方案，選擇合適的檢測項目、方法和技術(shù)，能夠在實際檢驗中合理運用，通過定期檢驗提高壓力容器的安全可靠性。二是在壓力容器實際檢驗的過程中，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境和工況，以及與容器相連接的管道內(nèi)流體介質(zhì)對壓力容器沖刷、腐蝕造成的影響，判斷腐蝕等缺陷容易出現(xiàn)的部位，尤其是內(nèi)部宏觀檢查，檢驗人員用手電筒貼著容器表面平行照射，可以更加快速、準(zhǔn)確、有效地觀察到器壁的表面變形、腐蝕凹坑等缺陷。

2 裝置工藝流程和設(shè)備簡介

原料油是石油經(jīng)過常壓分餾后得到的產(chǎn)物，慶陽某煉油廠160萬t/a柴油加氫裝置和40萬t/a柴油加氫裝置的原料油為催化柴油、焦化柴油以及兩者的混合物。原料油緩沖罐的作用是對原料油進(jìn)行脫水，從而使進(jìn)料泵入口處的工藝操作壓力穩(wěn)定，同時在事故狀態(tài)下，可以滿足裝置大循環(huán)的要求。原料油通過管線將儲運罐區(qū)的原料輸送到柴油加氫裝置，進(jìn)入原料油過濾器過濾，原料油中的固體雜質(zhì)和其他大于30 μm的顆粒被過濾，隨后進(jìn)入原料油緩沖罐。

2018年10月，煉油廠停車大檢修，檢驗人員通過審查2臺設(shè)備的資料，收集以往定期檢驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2016年定期檢驗過程中，160萬t/a柴油加氫裝置原料油緩沖罐（204-D-101）下部封頭有腐蝕情況發(fā)生，其余部位未見異常。40萬t/a柴油加氫裝置原料油緩沖罐（204-D-401），是首次定期檢驗，2臺容器主要參數(shù)見表1。

表1 原料油緩沖罐主要參數(shù)

通過對比可以看出，40萬t/a柴油加氫裝置的原料油緩沖罐（204-D-401）與160萬t/a柴油加氫裝置原料油緩沖罐（204-D-101）主體材質(zhì)、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、工作壓力、介質(zhì)均相同，工作溫度和公稱直徑有所不同，通過審查竣工圖紙發(fā)現(xiàn)2臺設(shè)備下封頭結(jié)構(gòu)有所不同，204-D-401原料油緩沖罐橢圓型封頭底部設(shè)計有直徑Φ800 mm的水包，水包底部有直徑Φ219 mm的排污接管，下封頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 原料油緩沖罐下封頭結(jié)構(gòu)

在定期檢驗前，檢驗人員與車間工藝人員積極溝通，了解工藝流程和介質(zhì)特點，然后根據(jù)檢驗實際經(jīng)驗和資料審查結(jié)果，預(yù)判分析出原料油緩沖罐下部封頭容易出現(xiàn)腐蝕減薄的損傷，依據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG 21—2016）和《承壓設(shè)備損傷模式識別》（GB/T 30579—2014）制定了個性化檢驗方案，檢驗項目有宏觀檢驗、壁厚測定、表面無損檢測、安全附件和儀表以及腐蝕產(chǎn)物的分析。

在原料油緩沖罐的實際檢驗過程中，檢驗人員通過設(shè)備人孔進(jìn)入罐內(nèi)，宏觀檢查時用手電筒貼著容器內(nèi)壁平行照射，筒體內(nèi)表面未發(fā)現(xiàn)腐蝕、鼓包等異常，封頭與筒體環(huán)焊縫下部附近發(fā)現(xiàn)輕微腐蝕，拿手電筒進(jìn)一步照射，發(fā)現(xiàn)204-D-101下封頭底部有一層褐色沉積物，清理沉積物后發(fā)現(xiàn)下封頭環(huán)縫500 mm以下部位，整體呈現(xiàn)點蝕，尤其是底部中心Φ1 300 mm直徑范圍內(nèi)腐蝕坑分布密度高，直徑和深度均不等，最大直徑約10 mm，最大深度5 mm，204-D-101下封頭宏觀腐蝕如圖2所示。

圖2 204-D-101下封頭宏觀腐蝕

204-D-401原料油緩沖罐的罐體內(nèi)部宏觀檢查發(fā)現(xiàn)筒體和封頭內(nèi)表面均完好，下部封頭內(nèi)沒有沉積物堆積，內(nèi)表面光滑無銹蝕，與封頭連接的水包內(nèi)部也沒有腐蝕現(xiàn)象。

3 腐蝕缺陷形成的原因分析

基于2臺原料油緩沖罐腐蝕情況的不同，尤其是204-D-101緩沖罐封頭底部腐蝕異常，點蝕坑密集且深度較深，點蝕坑腐蝕速率至少達(dá)到0.63 mm/a，針對封頭底部這種點蝕坑現(xiàn)狀，如果不進(jìn)行處理，后期腐蝕速率肯定是越來越大，極易在短時間內(nèi)造成點蝕穿孔泄露，對整個裝置乃至全廠設(shè)備的正常運行造成極大的風(fēng)險隱患，筆者針對異常的腐蝕，從以下幾個方面進(jìn)行分析。

3.1 電化學(xué)腐蝕

204-D-101原料油緩沖罐封頭底部的滯留區(qū)域長期積液、雜質(zhì)聚集、油中帶水，金屬材料長期在含硫氣環(huán)境的電解質(zhì)溶液中，因不同部位電極電位不同，形成陽極區(qū)和陰極區(qū)，在局部電池作用下便發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生點蝕和垢下腐蝕。

金屬在含硫氣環(huán)境的水溶液中，主要以H2S的形式存在，腐蝕過程如下：

原料油緩沖罐封頭底部發(fā)生很嚴(yán)重的電化學(xué)反應(yīng)，生成的腐蝕產(chǎn)物硫化鐵，它與金屬表面的粘接力差，是一種易脫落、易氧化的結(jié)垢，且電位較正，作為陰極與金屬組成一個活性的微電池，構(gòu)成電化學(xué)侵蝕[2]。

204-D-101原料油緩沖罐投用時間長，附著在表面的腐蝕產(chǎn)物FexSy，主要有Fe9S8、Fe3S4、FeS、FeS2，其中Fe9S8的保護(hù)性最差，F(xiàn)exSy是有效的陰極，導(dǎo)致局部腐蝕加速，特別是存在點蝕坑后，在點蝕坑內(nèi)部，電化學(xué)腐蝕造成H2S濃度逐漸升高，坑內(nèi)pH值降低，酸性變強，腐蝕速率進(jìn)一步加快，極易在短時間內(nèi)造成點蝕穿孔泄露[3]。

204-D-401原料油緩沖罐投入使用時間短，封頭底部設(shè)計的水包和Φ219 mm的排污接管將大部分的沉積物等雜質(zhì)排出罐外，內(nèi)部無雜質(zhì)的聚集，不存在H2S濃度升高的情況，故而無點蝕。

3.2 設(shè)計結(jié)構(gòu)影響

通過設(shè)備下封頭簡圖可以看出，2臺原料油緩沖罐設(shè)計結(jié)構(gòu)的不同之處在于，204-D-401原料油緩沖罐橢圓形封頭底部設(shè)計有直徑Φ800 mm的水包，水包底部有直徑Φ219 mm的排污接管；204-D-101原料油緩沖罐底部直接是橢圓形封頭，有一個直徑Φ159 mm的排污管，無水包的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

比較兩者的區(qū)別，可以看出，204-D-401原料油緩沖罐封頭底部設(shè)計的水包和直徑較大的排污接管可以將聚集的雜質(zhì)等物料沉降在水包內(nèi)，繼而通過排污管排出。204-D-101原料油緩沖罐直徑2 800 mm的封頭與204-D-401原料油緩沖罐直徑800 mm水包相比較，2 800 mm直徑封頭內(nèi)部的橢圓部分，污垢和雜質(zhì)特別容易堆積，外加排污管直徑較小，排污緩慢，造成垢下腐蝕的發(fā)生。800 mm直徑的水包，由于重力的作用和較大直徑排污接管的通暢，污垢和雜質(zhì)進(jìn)入后不會造成聚集，從而順利排出，不會對設(shè)備造成腐蝕。

3.3 溫度的影響

204-D-401原料油緩沖罐封頭底部的水包上有加熱盤管，工作壓力0.6 MPa，工作溫度125 ℃，該結(jié)構(gòu)使底部水包的溫度高于設(shè)備本體；204-D-101封頭底部沒有水包結(jié)構(gòu)的設(shè)計，工作溫度93 ℃。試驗表明，H2S的溶解度隨介質(zhì)溫度的升高而下降，加熱盤管的設(shè)計導(dǎo)致204-D-401內(nèi)部H2S的溶解度大大降低，從而有效地降低腐蝕的產(chǎn)生。

3.4 微生物腐蝕

在含H2S、S、N、O的濕環(huán)境中，微生物尤其是硫酸鹽還原菌（SRB）、硫氧化細(xì)菌的活動，會促使鋼材產(chǎn)生陽極極化，誘發(fā)嚴(yán)重的點蝕。石油化工行業(yè)都是連續(xù)生產(chǎn)，設(shè)備檢修周期跨度較大，每隔3～4年才停車檢修，204-D-101原料油緩沖罐已投用8年后檢修期間，罐底封頭部位清理不徹底，極易造成雜質(zhì)和微生物聚集，從而加快腐蝕的發(fā)生。204-D-401原料油緩沖罐投入時間較短，微生物聚集很少，沒有腐蝕的發(fā)生。

3.5 投用時間

原料油緩沖罐投用時間的長短直接影響了腐蝕情況的發(fā)生。時間越長，腐蝕越嚴(yán)重，尤其是局部腐蝕現(xiàn)象，如果在腐蝕初期，不加以干涉和保護(hù)，一旦造成點蝕，后期的腐蝕速率就會極大地增加。

4 結(jié)論與建議

通過2臺不同結(jié)構(gòu)原料油緩沖罐的定期檢驗，可以看出，快速有效的宏觀檢查對于定期檢驗的重要性，這就要求檢驗人員，必須掌握廣博的理論知識，積累豐富的實際檢驗經(jīng)驗。在檢驗工作開始前，分析判斷出高風(fēng)險容器和容器的高風(fēng)險部位，對容器的整體和局部進(jìn)行有效檢驗檢測。通過對本次原料油緩沖罐定期檢驗發(fā)現(xiàn)的腐蝕缺陷進(jìn)行綜合分析，結(jié)合工藝和設(shè)備特點，提出以下改進(jìn)措施。

（1）改進(jìn)設(shè)計結(jié)構(gòu)。在有實際使用經(jīng)驗設(shè)備204-D-401的封頭底部設(shè)計水包，水包上有加熱盤管結(jié)構(gòu)，通過增大底部排污接管的直徑來減少沉積物的堆積，從而降低腐蝕情況的發(fā)生。

（2）材料升級。使用復(fù)合板材料或者對材料加襯里，嚴(yán)格控制材料中S≤0.003%，P≤0.025%，減少腐蝕產(chǎn)物的發(fā)生。

（3）存在點蝕坑的部位，施工單位采取電弧噴涂工藝，噴涂鋅、鋁及其合金涂料層，利用涂層的耐蝕特性和陰極保護(hù)特性，避免或延緩容器內(nèi)部的腐蝕速率。

（4）容器內(nèi)部注入適當(dāng)?shù)腍2S緩蝕劑，按期對介質(zhì)抽樣和pH監(jiān)測[4]。

（5）由于檢修周期跨度較長，在裝置內(nèi)部增加備用容器，加大罐內(nèi)的清理次數(shù)，有效地減少沉積物以及雜質(zhì)的堆積。

（6）在停車檢修期間，徹底清理罐內(nèi)污物和雜質(zhì)。