某化工厂脱硫塔应力腐蚀裂纹成因分析及在用压力容器应力腐蚀倾向的预测与检验

某化工厂脱硫塔应力腐蚀裂纹成因分析及在用压力容器应力腐蚀倾向的预测与检验摘要：本文对某化工厂脱硫塔定期检验中发现容器的裂纹缺陷的成因进行了分析，得出了该裂纹主要是由于应力腐蚀造成的，论述了对在用压力容器应力腐蚀倾向的预测与检验。关键词：脱硫塔应力腐蚀成因预测与检验一、概述2010年，我站检验人员在对某化工厂脱硫塔压力容器定期检验过程中，在该容器原泄露部位补焊处发现表面裂纹缺陷和埋藏裂纹缺陷。我们针对该检验案例，根据多年的检验实践，对该裂纹缺陷产生的原因进行了分析，并提出了对在用压力容器应力腐蚀破裂的预测与检验。二、检验情况1、容器概况容器名称脱硫塔工作介质中变气、AD溶液主体材质16MnR主体厚度24mm制造日期1991.01投用日期1993.01设计压力3.0MPa使用压力≤2.9MPa设计温度50℃使用温度≤50℃2、缺陷发现情况本次检验首先对脱硫塔宏观检查时，发现在距对接纵缝Z2顺时针150mm处的容器本体上，有470mm长的修补焊缝（见图1）。查阅相关资料，并未发现该容器的修复计划及方案记载。针对以上情况，我们对该修补焊缝做进一步检测。塔盘支撑环Z2Z1150mm470mmB1H1H2平台平台西东图1修补焊缝位置示意图根据TSGR7001-2004《压力容器定期检验规则》第五章第（五）条相关规定，对补焊处进行磁粉检测，在补焊缝外表面发现3条表面开孔型裂纹（最长12mm）。由于发现表面裂纹缺陷，我们根据TSGR7001-2004《压力容器定期检验规则》第五章第（六）条相关要求，对补焊缝区域做进一步的超声波检测，以确定是否存在埋藏性缺陷。经超声波检测复查，发现存在深24mm，长470mm，缺陷自身高度2mm的埋藏缺陷。鉴于以上情况，我们要求使用单位对该筒节部位进行更换。对原筒节修补焊缝，进行打磨、开挖处理后，进行渗透检测，确认埋藏缺陷为长470mm的根部贯穿性裂纹（见图2）。图2容器本体补焊处开挖后发现根部裂纹缺陷三、缺陷成因分析1、应力状态存在裂纹缺陷的容器内部为塔盘支撑环焊接部位（见图3）。该部位有相当大的拉应力分量存在。拉应力愈大，则材料断裂所需时间愈短。图3补焊处容器内部为塔盘支撑环使用单位补焊处理的焊接工艺不规范，仅仅是简单地堆焊处理，未进行消除应力热处理，造成残余热应力和局部应力升高。调查统计表明，造成应力腐蚀开裂的应力主要是残余应力，约占80%。只要适当的腐蚀介质，因为存在残余应力，也完全可能发生应力腐蚀开裂。2、介质环境该容器介质为中变气、AD溶液，其主要成分为CO、CO2和H20。引起金属破裂的CO32-以杂志形式存在于介质环境之中。3、材料方面容器主体材质为16MnR。低合金钢在CO、CO2和H20环境下，发生应力腐蚀的几率要大得多，造成的影响和导致的结果也更为严重。4、结论金属在应力和腐蚀介质共同作用下发生的破裂称为应力腐蚀破裂。发生应力腐蚀破裂必须具备三个要素：（1）、敏感的金属。金属的成分、组织和处理状态决定了应力腐蚀敏感性。（2）、特定的介质环境。对于一定的金属来说，只有在特定的介质环境中才发生应力腐蚀破裂。（3）、处于应力状态下。必须有应力，特别是拉应力分量的存在。通过对脱硫塔应力状态、介质环境和主体材质进行分析，该容器同时具备了这三个要素条件。我们得出结论：本案例为典型的应力腐蚀破裂。四、压力腐蚀倾向的预测与检验在用压力容器定期检验中，应在两个阶段对容器应力腐蚀倾向分别作出预测。一是资料审查阶段，根据资料情况预测应力腐蚀倾向，制定有针对性的检验方案，选择适当的检测项目、方法和技术；二是在用压力容器检验中间阶段，根据前期检测结果进一步分析应力腐蚀发生的可能性，或对发现的裂纹判断是否属应力腐蚀，考虑是否需要采用新的检验项目和方法，增加检测比例和部位，以便确定应力腐蚀发生区域、程度，作出正确的检验结论。审查资料预测应力腐蚀倾向时，应特别注意以下四个方面：（1）介质情况。介质的特征、浓度、温度和压力是否属应力腐蚀易发生环境，有害杂质的控制情况、浓度和持续时间；（2）材料情况。根据介质情况判断选材是否合理，所用金属材料种类、强度级别，在使用环境中考虑发生应力腐蚀的可能性；（3）热处理情况。在应力腐蚀环境中使用的压力容器，制造时是否进行了热处理，是局部整体热处理、整体热处理，还是炉内整体热处理。（4）以往检验中是否发现过应力腐蚀。对预测有可能发生应力腐蚀的压力容器，除了要求在表面目视检测、结构检查中加以注意外，还应进行硬度检测、内表面磁粉或渗透检测等项目。参考文献[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程,北京：新华出版社，2009年[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,TSGR7001-2004压力容器定期检验规则,北京：中国计量出版社,2004年[3]强天鹏等,压力容器检验[M],北京:新华出版社,2008[4]陕西省特种设备质量安全监督检测中心,压力容器全面检验报告RD201003016S,2010