某精脱硫罐贯穿裂纹成因分析及建议整改措施

某精脱硫罐贯穿裂纹成因分析及建议整改措施

雷永福 吴文权 宋岳林

广元市特种设备监督检验所 四川广元 628017

摘 要：精脱硫罐是甲醇生产工艺中脱硫的核心设备，其功能是利用催化剂转化焦炉煤气中的有机硫。某精脱硫罐在使用过程中，罐体中部环焊缝发生泄漏，经检验发现该焊缝存在贯穿裂纹。本文通过对裂纹的成因进行分析，发现不合理的制造和维修工艺是产生缺陷的主要原因，并提出了建议整改措施。

关键词：精脱硫罐；贯穿裂纹；成因分析；整改措施

引言

2020年8月，某精脱硫罐罐体中部发生介质泄漏着火事故，因企业处置得当，幸未造成严重后果，但也给企业生产运行带来较大损失。在后续的现场检验过程中，发现该设备中部环焊缝存在贯穿裂纹。本文通过对该贯穿裂纹的形成机理进行分析，以及后期整改措施进行建议，避免该设备再次出现同类问题。

1 基本情况

该精脱硫罐主要用于焦炉煤气生产甲醇工艺中的脱硫环节，内部装有脱硫催化剂，介质为焦炉煤气（H₂、CO、CH₄、CO₂）。生产时，介质在设备内部与催化剂反应，产生热量，介质的正常工作温度为350℃~450℃，因此筒体内壁设有一层150mm厚的耐火浇注衬里，以降低设备金属本体的工作温度。该设备主体由7个筒节和2个椭圆封头组成，共有8条筒体环焊缝，出现贯穿裂纹的为B5焊缝。

图1 精脱硫罐结构图

自2011年12月投入使用后，该设备2013年11月发生泄漏事故，泄漏部位同样为B5焊缝，经现场检测发现B5焊缝外表面裂纹350mm、内表面裂纹7420mm。同年，使用单位联系设备制造厂家进行了重大维修，并在此基础上进行首次定期检验，检验结论为符合要求。2015年，因企业经营问题，该设备停运，2018年5月恢复运行，直至B5焊缝再次发生泄漏，期间因未更换催化剂，没有再进行定期检验。

2 检验情况

针对B5焊缝的再次出现贯穿性裂纹情况，在现场检验时，首先进行了外表面磁粉检测，发现外表面存在不连续的表面裂纹。并在外表面进行了TOFD检测，发现B5焊缝存在连续的内表面裂纹。于是，开罐进行内部检测，发现该焊缝内表面存在4米长的内表面裂纹。

根据现场的检验情况，发现裂纹的分布有以下特征：

(1)裂纹主要集中出现在焊缝熔合线附近；

(2)存在裂纹的区段主要在第一维修的手工焊区段；

(3)内表面裂纹的长度远远大于外表面。

最后，检验人员决定向使用单位出具意见通知书。但检验人员中出现了两种意见，第一种意见认为该设备同一焊缝两次出现贯穿裂纹，安全风险高，应建议报废处理；第二种意见认为该设备报废依据不充分，且使用单位损失较大，应建议进行维修。经过多次商讨，并征求使用单位意见，最终形成统一意见为：增加检测项目，分析该裂纹产生的机理，根据新增检测结果，决定后续处理意见。

3 成因分析

针对贯穿裂纹的生成原因，检验人员有以下几种怀疑：

(1)材质劣化；

(2)氢脆；

(3)制造缺陷；

(4)回火脆化；

(5)冷裂纹或延迟裂纹；

(6)超设计参数运行；

(7)高温氢腐蚀。

(8)上次维修后残留或新生缺陷

因此，检验人员在现场增加了金相检测、光谱分析、硬度检测，并调取了该设备近三个月的运行记录、以及介质的成分分析数据。

通过以上增加的检测数据和运行参数分析，并结合GB/T 30579-2014《承压设备损伤模式识别》进行判断，可以排除材质劣化、氢脆、高温氢腐蚀、超设计参数运行的情况。经过综合分析，可以得出：2013年该焊缝第一次出现贯穿裂纹时，应为制造缺陷或使用过程中新生的缺陷，在应力的作用下，特别是温差应力的作用下，缺陷不断扩张导致贯穿整过焊缝；而2020年该焊缝第二次出现贯穿裂纹，应为上次维修过程缺陷消除不彻底，残留缺陷在应力的作用下，再次扩张导致贯穿整过焊缝。因此，最终检验机构出具了建议使用单位进行重大维修的检验意见通知书

4 建议整改措施

4.1 对于使用单位的建议措施

该设备的运行条件不能排除回火脆化的可能，因此建议使用单位在运行过程中，应严格控制运行工况，不超温超压。特别是在设备启停过程中，严守“启用时先升温后升压，停用时先降压后降温”的保护措施，防止设备在启停过程中产生缺陷。同时，要按法律规范的要求，落实企业主体责任，将该设备纳入重点监控范围，加强对该设备运行中的监控检查，认真开展年度检查并按期申请检验，从而确保设备安全稳定运行。

4.2 对于维修单位的建议措施

该设备第二次发生贯穿裂纹的主要原因跟第一次的维修质量密切相关，第一次维修仅在原焊缝的基础上消除缺陷并补焊，不能有效保证缺陷完整消除，且对焊缝热影响区带来不利影响，应力增加，冷裂纹、延迟裂纹的发生几率剧增。因此，建议本次维修应整体去除该焊缝和热影响区，重新开坡口进行焊接，并严格按照设计的要求进行焊前预热和焊后保温，并且维修方案征得设计单位的书面同意，从而保障维修的质量。

4.3 对于检验人员的建议措施

该设备是含催化剂的压力容器，根据TSG 21-2016 《固定式压力容器安全技术监察规程》的相关要求，其检验周期应根据催化剂的更换周期进行。但结合该设备的实际情况，建议检验人员应在定检周期中间增加对该焊缝的监测，并在定期检验时去除该焊缝内表面的浇注料，对其内表面进行磁粉检测，确保不漏检。同时对该设备其他部位的焊缝进行100%比例的内外表面检测，并采取TOFD等先进检测方法，提高缺陷的检出率。

5 结束语

该精脱硫罐两次发生泄漏事故，其原因不仅与制造、维修的质量息息相关，也与企业的管理能力、检验人员的把关能力密不可分。为避免该类事故的再次发生，制造、维修单位仍需努力提升各方面的能力，在追求经济效益的同时，不能突破安全的底线，而使用单位也需提高自身的特种设备管理能力，落实主体责任，压实各级管理人员的职责，检验人员应联系设备实际，有针对性的制定检验方案，认真履行职责，降低检验风险。只有这样，我们的特种设备才能安全经济的运行，助力经济社会的高质量发展。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.固定式压力容器安全技术监察规程：TSG 21-2016[S].北京：新华出版社，2016.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.锅炉和压力容器用钢板：GB 713-2008[S].北京：中国标准出版社.

[3]国家能源局.承压设备用焊接材料订货技术条件：NB/T 47018-2011[S].北京：新华出版社.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.承压设备损伤模式识别：GB/T 30579-2014[S].北京：中国标准出版社.