压力容器氢鼓包原因及防范措施

2016-07-18梁建中山西金象煤化工有限责任公司山西晋城048102

氮肥与合成气 2016年2期

关键词：收集器鼓包氢原子

梁建中（山西金象煤化工有限责任公司山西晋城048102）

压力容器氢鼓包原因及防范措施

梁建中
（山西金象煤化工有限责任公司山西晋城048102）

1　容器鼓包现象

山西金象煤化工有限责任公司“18·30”项目采用CO2汽提法尿素工艺以煤为原料生产尿素，设计产能300 kt/a，实际产能达到400 kt/a。自2011年10月开车以来，对设备、工艺方面存在的问题不断进行优化改造。

变换系统采用全低变工艺、钴钼催化剂；满负荷生产时，半水煤气气量为122 000 m3/h（标态）。2013年10月20日，净化车间操作人员在正常巡检过程中发现全低变系统出口的冷凝水收集器有轻微的鼓包现象；后再次组织人员进行检查、测厚，判定设备容器外壁有3处鼓包，鼓包部位的厚度约为设计壁厚的一半。停车后，彻底检查容器内壁，发现有166个鼓包，鼓包的范围绝大部分在容器的液相部位，气液交界处最为集中，鼓包面的直径在30～400 mm，内壁鼓包部位测厚为3～8 mm，其中13个鼓包已经开裂，裂纹深度为2～4 mm、长度为30～100 mm。从裂纹断口处观察，断裂为脆性断裂，断口表面经分析显示硫含量较高，裂纹内充满腐蚀产物；外壁鼓包部位测厚为10～12 mm，说明容器板材已经分层，分为两层或多层。后经容器切割证实板材已经分层。

2　容器鼓包原因分析

冷凝水收集器设备参数见表1。由表1得知，气体介质中含有H2S，H2S与水共存时会形成湿H2S环境，进而腐蚀Q345R钢材，生成FeS。

表1　冷凝水收集器设备参数

H2S离解反应：

阳极反应：

H2S在水中离解出H+，从钢材表面得到电子后，还原成氢原子。氢原子间有较大亲和力，易结合成氢分子排出；然而，介质中的H2S消弱了这种亲和力，部分抑制了氢分子的形成，使原子半径极小的氢原子很容易渗入钢材的内部，并融入晶格中。渗入金属中的氢原子会结合成氢分子，随着氢分子数量不断增加，其形成的内压不断增高，引起材质界面开裂，形成分层，并进一步形成氢鼓包；当压力足够大时，鼓包部位就会开裂。

在金属内渗透的过程中，氢原子大多会聚集在金属内有缺陷的区域，如金属夹杂、分层、晶格缺陷等处，聚集形成氢分子。冷凝水收集器鼓包就属于此种情况，其原因是设备所用材质中含有过量的非金属夹杂物以及钢材存在晶格缺陷。

3　容器鼓包预防措施

（1）从容器内的介质方面考虑，消除或减少H2S含量可减轻钢材的腐蚀。对于Q345R材质，H2S体积分数应控制在5×10-5以下，同时还应控制好溶液的pH在中性条件下，氢对钢材的渗透量最低，在酸性、碱性溶液中渗透量较高。Q345R钢制容器内介质腐蚀程度见表2。

表2　Q345R钢制容器内介质腐蚀程度

（2）从容器材质方面考虑：①钢材内S和P的含量对氢鼓包影响最大，在ω（S）≤0.002%和ω（P）≤0.002%的条件下，发生氢鼓包的可能性大大降低，因此，必须使用S和P含量低的钢材。②钢材的组织对H2S腐蚀的影响也很重要，对同一成分的钢材进行合适的热处理而得到适当的金相组织，可充分发挥钢材的抗H2S应力腐蚀破裂的能力，因此，在制作时可对容器进行热处理，尤其对于较厚的板材焊接成的容器，可减少氢鼓包的产生。③选用钢材应使用空穴少的镇静钢或对氢渗透低的奥氏体不锈钢，也可采用镍衬里或不锈钢衬里以及涂刷环氧沥青涂层来减少氢腐蚀。