【文章內(nèi)容簡介】 鋼對 H2S和 OCr18Ni 00Cr17Ni14Mo2鋼對 Cl— 等典型鋼種和介質(zhì)的應(yīng)力腐蝕敏感性、開裂及裂紋擴展速率 (da/dt)的影響因素及控制參量的研究，探索防止或減緩產(chǎn)生 SSCC的方法，以提出抗應(yīng)力腐蝕安全評估工程方法； ⑵ 在用壓力容器在典型介質(zhì)中腐蝕疲勞剩余壽命評估技術(shù)研究 ，通過常用鋼種腐蝕裂紋擴展速率的收集分析與試驗驗證相結(jié)合 ， 提出腐蝕疲勞安全評估的指導(dǎo)性意見； ⑶ 典型臨氫裝置氫損傷評定與壽命預(yù)測技術(shù) ， 利用掛片研究 ， 提出熱壁加氫反應(yīng)器氫損傷評價方法 、 提高壽命措施及剩余壽命評定方法； ⑷ 應(yīng)變疲勞剩余壽命技術(shù)研究 ， 以循環(huán) J積分作為應(yīng)變疲勞裂紋擴展速率參量并研究其工程計算結(jié)果 ， 結(jié)合模擬試樣試驗研究 ， 考慮外載影響提出壽命評估方法； ⑸ 實用延壽技術(shù)研究 ， 將表面技術(shù)用于壓力容器的延壽領(lǐng)域 ， 利用表面改性 、 表面涂 、 鍍 、 覆技術(shù)隔離或減緩介質(zhì)環(huán)境對壓力容器的作用 。 其研究成果 ， 將使我國壓力容器評定與壽命預(yù)測技術(shù)進(jìn)一步完善 。 1998～ 2022年 ， 合肥通用所 、 華東理工大學(xué) 、 浙江工業(yè)大學(xué)等單位 ，對二十余家大型企業(yè)的近千臺帶缺陷壓力容器進(jìn)行了安全評估 ， 尤其是對四十余臺高溫高壓臨氫環(huán)境下壓力容器 ， 百余臺濕 H2S環(huán)境及無水液氨環(huán)境下壓力容器 ， 二十余臺硝酸鹽環(huán)境下催化再生器等的安全評估與綜合延壽技術(shù)應(yīng)用取得了重大進(jìn)展 24 壓力容器裝置系統(tǒng)風(fēng)險評價技術(shù) 風(fēng)險評估 RBI技術(shù)是近三十年來國際上新興的一門學(xué)科 ，其基本思路是采用系統(tǒng)論的原理和方法 ， 對系統(tǒng)中固有的或潛在的危險發(fā)生的可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上 ， 給出風(fēng)險排序找出薄弱環(huán)節(jié) ， 以確保本質(zhì)安全和減少運行費用為目標(biāo) ， 優(yōu)化檢驗策略的一種管理方式 。 上個世紀(jì)九十年代初期 ， 歐美二十余家石化企業(yè)集團(tuán)為了在安全的前提下降低運行成本 ， 共同發(fā)起資助美國石油學(xué)會 (API)開展 RBI在石化企業(yè) (主要是煉油廠 )的應(yīng)用研究工作 。1996年 API公布了 RBI基本資源文件 API BRD 581的草案 ，2022年 5月又公布 API 581正式文件 。 2022年 5月正式頒布了RBI標(biāo)準(zhǔn) API RP 580。 十多年來 ， 西方發(fā)達(dá)國家甚至亞洲的韓國 、 新加坡等國家和地區(qū)的石化煉油廠廣泛應(yīng)用了 RBI方法進(jìn)行成套裝置中的承壓設(shè)備的檢驗與維修 ， 使得風(fēng)險和檢驗維修費用都大幅度下降 。 鑒于傳統(tǒng)的檢驗維修規(guī)程是基于保守的安全考慮 ， 未將經(jīng)濟性和安全性以及可能存在的失效風(fēng)險有機地結(jié)合起來 ，檢驗的頻率和程度和受檢設(shè)備的風(fēng)險不相稱；常規(guī)檢驗不是 25 壓力容器裝置系統(tǒng)風(fēng)險評價技術(shù) 系統(tǒng)化的針對高風(fēng)險設(shè)備；運行的經(jīng)濟性要求延長每次停機檢驗的間隔周期 。 因此隨著診斷技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備多年的運行經(jīng)驗 ， 這種新型的風(fēng)險檢驗概念被引進(jìn)國際上大中型石化能源工業(yè) ， 用于提高設(shè)備運行的可靠性并降低檢驗成本 ， 并經(jīng)過實踐檢驗被證明為一種高效的風(fēng)險分析工具：風(fēng)險評估所提供的成果是優(yōu)化的檢驗策略 ， 即通過識別可能的潛在高風(fēng)險概率的設(shè)備 ， 采用針對性的檢驗技術(shù)來進(jìn)行檢測 ， 編制與風(fēng)險相適應(yīng)的檢驗規(guī)程 。 自上世紀(jì)末期中國有關(guān)高校與研究機構(gòu)引入 RBI概念 ，中國國家科技部及中國石化也設(shè)立多項科研項目支持這項工作 ， 2022年前后開展了一些定性 RBI工作 ， 取得了一些成效 。 2022年 3月合肥通用機械研究所壓力容器檢驗站 (GMRI)、 法國國際檢驗局 (BV)與中國石化茂名分公司組成項目組 ， 采用BV先進(jìn)的軟件及數(shù)據(jù)庫 ， 首次在中國國內(nèi)石化企業(yè)開展定量RBI的應(yīng)用工作 ， 進(jìn)行高溫高壓化工 、 石化工藝過程裝置風(fēng)險評估 (包括大連 WEPEC ARDS裝置 ， 金陵石化凡士林加氫裝置 ， 茂名石化公司乙烯裂解裝置和煉油加氫裂化裝置等 )解決實際生產(chǎn)問題 。 26 檢驗方案（一） 設(shè)備的基本參數(shù)：主要包括設(shè)計壓力、使用壓力、設(shè)計溫度、使用溫度、壓力容器結(jié)構(gòu)規(guī)格、材質(zhì)、使用介質(zhì)、壓力容器類別、保溫層。 檢驗依據(jù)： 檢驗準(zhǔn)備：檢驗單位的技術(shù)方案 、 設(shè)備 、 人員準(zhǔn)備；現(xiàn)場聯(lián)系協(xié)調(diào)人員的確定；被檢設(shè)備的停工 、 盲板 、 置換 、 搭架 、 打磨 。 檢驗質(zhì)保體系： ① 人員情況：技術(shù)負(fù)責(zé)人 、 項目負(fù)責(zé)人 、檢驗責(zé)任工程師 、 無損檢測責(zé)任工程師 、 理化責(zé)任工程師 、安全員 。 ② 質(zhì)保體系有效運轉(zhuǎn) 。 原始資料審查：設(shè)計文件圖紙 、 材料質(zhì)保書 、 制造質(zhì)保書 、 安裝質(zhì)保書 、 使用工況 、 實際工藝參數(shù) 、 歷次檢驗報告 、修理改造記錄和歷次事故處理報告 。 宏觀檢驗：結(jié)構(gòu)形式檢查；幾何尺寸檢查；表面情況檢查 （ 腐蝕 、 泄漏 、 保溫層 、 襯里 、 裂紋 、 咬邊 、 局部變形 ） 。 超聲測厚： 27 檢驗方案 (二 ) 無損檢測： （ RT、 UT、 MT、 PT） 材料檢驗 : 化學(xué)成份 、 金相檢驗 、 硬度 、 鐵素體含量檢驗 、晶間腐蝕試驗 、 能譜試驗 、 光譜試驗 、 X、 J系數(shù)測定 、 裂紋斷口取樣等等 。 強度校核： 1 缺陷評定：壓力容器及壓力管道安全評估與壽命預(yù)測技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 ， 目前國內(nèi)主要用 ASME第十篇： IWB3640用于奧氏體壓力管道 、 IWB3650用于鐵素體壓力管道 。 1 缺陷處理； 1 水壓試驗；耐壓試驗是利用水或其他的加壓介質(zhì) ， 采用比設(shè)計壓力還要高的試驗壓力對壓力容器的焊縫 、 接管和母材進(jìn)行一次綜合性的評價 ， 檢查壓力容器是否有滲漏和明顯的塑性變形 ， 以驗證其整體強度是否滿足設(shè)計要求 。 1 氣密性試驗； 1 安全附件檢驗 （ 檢驗單位校驗或是用戶自行處理 ） ； 1安全狀況等級和檢驗周期的確定。 28 典型壓力容器在用檢驗（一） 多層熱套式壓力容器的在用檢驗 在石油化工等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛地使用著各種多層熱套式壓力容器 ，因為使用工況惡劣 ， 受力情況苛刻 ， 很容易發(fā)生災(zāi)難性事故 ， 因此對該類容器的定期在用檢測就成了保證設(shè)備安全運行的關(guān)鍵性環(huán)節(jié) 。 齊魯化工二廠氨合成塔進(jìn)出口物料換熱器 主要技術(shù)參數(shù)：操作壓力： ； 操作溫度： 160℃ ；容器規(guī)格： ф 1050 （ 12 7） 14294； 材質(zhì)： KTEN60MA； 屈強比： ；介質(zhì)：氮氣 、 氫氣 。 1974年神戶制鋼所制造 。 齊魯檢測中心檢測發(fā)現(xiàn)：環(huán)縫發(fā)現(xiàn)多條裂紋 ， 深度在 30mm左右 ?？v焊部分裂紋已裂到根部 。 板材發(fā)現(xiàn)大面積龜裂 ， 外表面第一層層板已裂穿 。 檢驗和處理： ① 利用小 K值的聚焦斜探頭 、 雙晶直探頭 、 雙晶斜探頭 、 大直徑的聚焦直探頭 、 小直徑的直探頭等對環(huán)縫進(jìn)行超聲檢測；② 。 MT檢測表面裂紋； ③ 、 進(jìn)行強度和失效分析 。 ④ 、 焊接返修：對環(huán)焊縫 、 縱焊縫進(jìn)行焊接返修和局部處理；對板材多條龜裂采取兩端打止裂孔的方法 ， 避免裂紋擴展；由于內(nèi)壁不能進(jìn)入 ， 無法進(jìn)行熱處理 ， 因此在核算強度滿足的條件下 ， 采用奧氏體鋼焊條進(jìn)行補焊 。 經(jīng)檢驗和失效分析后 ， 目前已安全使用一個檢驗周期 ， 取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益 。 29 典型壓力容器在用檢驗（二） 在用催化再生器應(yīng)力腐蝕開裂檢驗 近年來 ， 石化企業(yè)已有近二十套再生器系統(tǒng)發(fā)生了裂紋 ， 裂紋一般位于內(nèi)壁焊縫與保溫釘附近 ， 經(jīng)調(diào)查 ， 研究 、 測試分析已確認(rèn) ， 再生系統(tǒng)設(shè)備焊縫裂紋為再生煙氣酸性冷凝液中的 NO3引起的應(yīng)力腐蝕裂紋 。 主要特征： ⑴ 煙氣露點溫度高于壁溫時 ， 形成含硝酸鹽的酸性水溶液； ⑵ 再生器操作壓力較低 ， 往往焊前不預(yù)熱 、 焊后不熱處理 ， 有很大的殘余應(yīng)力； ⑶ 硝酸鹽酸性溶度環(huán)境構(gòu)成陽極溶解型應(yīng)力腐蝕開裂環(huán)境； ⑷ 、 金相與斷口分析表明裂紋為沿晶開裂 ， 明顯的應(yīng)力腐蝕開裂特征 。 內(nèi)表面裂紋的超聲波檢測 在運行狀態(tài)或不打開內(nèi)襯的情況下 ， 超聲波檢測是從容器外壁發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面應(yīng)力腐蝕裂紋并確定其深度 （ 裂紋自身高度 ） 的最為合適的方法 。 預(yù)防對策： ① 、 定期對再生器的煙氣成份 、 露點溫度 、 冷凝液 PH值及壁溫測試分析； ② 、 升壁溫避開應(yīng)力腐蝕環(huán)境； ③ 、 降低焊縫中的焊接殘余應(yīng)力； ④ 、 定期對再生器進(jìn)行在線超聲波檢測 。 在中石化 、 中石油系統(tǒng)對二十余臺 、 套再生器 、 沉降器 、 三旋分離器進(jìn)行了不卸劑情況下的檢測或帶溫帶壓在線檢測 ， 其中 16臺發(fā)現(xiàn)了裂紋 。 由于在線檢測工作條件苛刻 （ 溫度較高 ） ， 只能采用抽查方式 ， 在線檢測可以幫助業(yè)主制定檢修計劃 ， 確定停車檢修時間和確定拆除內(nèi)襯的部位 ， 從安全性和經(jīng)濟性兩個角度為業(yè)主解決了生產(chǎn)中的問題 。 30 典型壓力容器在用檢驗（三） 在用熱壁加氫反應(yīng)器的檢驗 加氫裂化反應(yīng)器是煉油、化工行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備。通常在高溫、高壓、臨氫條件 (所謂高溫、高壓、臨氫條件是指溫度＞ 250℃ ，氫分壓＞ ） 下工作，使用條件十分惡劣。 我國是在 80年代初開始由國外引進(jìn)熱壁加氫反應(yīng)器，并於 89年在國內(nèi)制造了第一臺 560噸級鍛焊式熱壁加氫反應(yīng)器，目前的制造能力已達(dá)到千噸級，（煤化工使用的熱壁加氫反應(yīng)器）。據(jù)不完全統(tǒng)計國內(nèi)在用熱壁加氫反應(yīng)器已達(dá)上百臺。 熱壁加氫反應(yīng)器主要是由 2． 25Cr1Mo鋼材和鍛件制成的（目前國內(nèi)開始大量使用 3Cr1Mo1/4VTiB材料制造熱壁加氫反應(yīng)器，設(shè)計溫度可以達(dá)到 450℃ ），設(shè)計壁厚大致在在 80～ 240mm范圍內(nèi)，內(nèi)壁堆焊兩層奧氏體不銹鋼堆焊層（ 347蓋面、 309過渡層），設(shè)計壓力為 8～ 20MPa， 設(shè)計溫度大致在 370～ 410℃ ，工作介質(zhì)主要是 H 油、 H2S等。 由于熱壁加氫反應(yīng)器主體材料面臨著介質(zhì)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、氫腐蝕、氫脆、回火脆化和蠕變脆化等一系列問題，同時目前國內(nèi)的熱壁加氫反應(yīng)器已使用了 6～ 20年，其危險性在逐年遞增。 31 加氫裂化裝置損傷形態(tài) 氫損傷 高溫、高壓、臨氫的運行環(huán)境使得熱壁加氫反應(yīng)器的器壁在運行過程中吸收了一定量的的氫，當(dāng)反應(yīng)器停工后，就有一部分殘余氫在反應(yīng)器的器壁之中，這些殘留氫就有可能在反應(yīng)器中引起亞臨界裂紋擴展，甚至引起脆性破壞。 堆焊層表面裂紋 不銹鋼堆焊層金屬的表面裂紋表現(xiàn)在表面產(chǎn)生并向母材方向擴展 。 堆焊層的表面裂紋一般出現(xiàn)在可能存在的三相應(yīng)力的內(nèi)件支撐表面 ， 通常具有以下特征： ① 、 裂紋一般出現(xiàn)在熱壁反應(yīng)器的內(nèi)部支撐凸臺部位； ② 、 裂紋以環(huán)向裂紋和龜裂為主； ③ 、 鐵素體含量偏高或偏低的部位容易出現(xiàn)裂紋； ④ 、 裂紋從熱壁加氫反應(yīng)器堆焊層的表面向內(nèi)部擴展 ， 擴展較為嚴(yán)重的表面裂紋會穿透 347堆焊層 ， 大部分中止在 347與 309堆焊層的界面上 ， 但也有極少數(shù)的裂紋會穿透 309過渡層 。 32 照片 1 堆焊層裂紋宏觀形貌 3 照片 2 堆焊層裂紋微觀形貌 200 連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂 在臨氫設(shè)備中，由連多硫酸（ H2SXO6， X＝ 3～ 6） 引起不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂更具危險性。在高溫硫化氫和氫介質(zhì)環(huán)境下生成的硫化鐵在反應(yīng)器停止運轉(zhuǎn)或檢修時，與出現(xiàn)的水分和空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)生成了連多硫酸，一定的拉伸應(yīng)力就可能引起奧氏體不銹鋼開裂。 33 照片 3 人孔頂蓋密封槽底裂紋形貌 60 照片 4 人孔頂蓋密封槽底裂紋微觀形貌 200 ⑷ 鉻鉬鋼的回火脆化 Cr－ Mo鋼長時間地保持在 325～ 575℃ 或在該溫度范圍緩慢地冷卻時，出現(xiàn)材料損壞、性能劣化現(xiàn)象，通常稱之為高溫回火脆化。它產(chǎn)生的主要原因是由于鋼中的微量不純元素在原奧氏體晶界偏析，使晶界凝集力下降。其特征是沿晶破壞形態(tài)、沖擊韌性的降低和脆性轉(zhuǎn)變溫度向高溫側(cè)遷移。除化學(xué)成分影響外，熱處理工藝、加工工藝、強度大小、塑性變形、碳化物形態(tài)、使用時的操作溫度等許多因素也都會影響到材料的回火脆性?；鼗鸫嗷强赡娴模瑢⒋嗷牟牧霞訜岬?600℃ 以上急冷，鋼材可以恢復(fù)原來的韌性；但一旦產(chǎn)生裂紋則是不可逆的。 34 典型壓力容器在用檢驗（三） 在用熱壁加氫反應(yīng)器的檢驗 ⑸ 堆焊層剝離： 剝離現(xiàn)象產(chǎn)生屬于氫脆的范圍，堆焊層和母材之間的界面在正常操作過程中積累了比二側(cè)多得多的氫，停工冷卻時來不及逸出被凍在界面上。且冷卻后的反應(yīng)器氫不斷往界面處濃縮，產(chǎn)生很大的垂直應(yīng)力，有人