李敞，孙振西，沈冬奎，殷天峰，鲁晓岩

（山东省安泰化工压力容器检验中心，山东 济南 250014）

闪蒸洗涤塔是氮肥生产中脱碳系统的主要设备之一（见图1）。该塔上段及中段为洗涤塔，下段为闪蒸塔。中段洗涤塔的操作工况为：压力3.0MPa，操作温度55℃，介质为净化气H2、N2、CO和PC（碳酸丙烯脂）稀液；其主要工艺流程：来自CO2吸收塔的净化气在洗涤塔内，经来自稀液槽的PC稀液洗涤后作为原料气进入合成系统[1]。

2019年1月某化肥厂的闪蒸洗涤塔因超压介质泄漏，静电引发着火被烧。闪蒸洗涤塔是生产的关键设备，一旦停用，将给化肥厂带来巨大经济损失。为准确判断闪蒸洗涤塔的受损程度并提出处理意见，我中心接受委托对该闪蒸洗涤塔进行全面检验。闪蒸洗涤塔的基本参数见表1。

图1 闪蒸洗涤塔结构图

图1

1 检验方案的制定

检验方案依据《压力容器定期检验规则》的要求和闪蒸洗涤塔的特点制定，重点是针对鼓包部位[2]。

1.1 检验依据

GB150-1998《钢制压力容器》；TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》；TSG 21-2016《压力容器定期检验规则》。

1.2 检验要点

（1）宏观检查。检查炉体的结构、几何尺寸和焊缝，表面状况及夹套内的结垢情况；（2）超声波测厚。重点对鼓包部位进行测厚；（3）对鼓包部位及其周围进行表面缺陷检；（4）对鼓包部位进行埋藏缺陷检测；（5）对鼓包部位进行硬度测定；（6）对鼓包部位进行显微组织的金相检验；（7）强度校核；（8）耐压试验。

根据上述检测结果对闪蒸洗涤塔进行安全状况等级评定并出具处理意见。

2 检验情况

2.1 宏观检查

宏观检查时，发现在闪蒸洗涤塔上段最上面筒体北侧和下段最下面一节筒体北侧出现两处鼓包，如图2。上段鼓包尺寸（长×宽×高）：1200×750×60mm，鼓包表面出现大量裂纹，见图2(a)，而且有些已经穿透整个筒体壁厚，筒体遭到破坏，厂方决定对该塔上段进行更换；下段鼓包尺寸（长×宽×高）：3200×1000×20mm，鼓包表面未发现宏观裂纹，见图2(b)。因上段进行更换不再进行检测，仅对下段鼓包进行重点检验。

图2 (a) 上段筒体鼓包；(b) 下段筒体鼓包

2.2 下段鼓包超声波测厚

超声波测厚见图3，测厚数据见表2：

图3

表2 超声波测厚数据

超声波测厚显示，其最小壁厚发生在鼓包最高处附近，为14.6mm，说明鼓包处已被明显拉薄。

2.3 磁粉检测鼓包处，未发现微裂纹。

2.4 超声波检测鼓包处，也未发现母材有分层现象。

2.5 硬度测量

对鼓包处进行硬度测量，取Y1，Y2，Y3三点硬度，抗拉强度按经验公式[3]估算：

其结果见表3。

表3 鼓包区域内布氏硬度测量值及抗拉强度估算值

2.6 金相检验

该闪蒸洗涤塔下段筒体材质为16MnR，交货状态为热轧，其金相组织为铁素体和珠光体。从鼓包处母材的金相分析显微组织图可看出，该处金相组织仍为铁素体和珠光体，但与未过火母材相比，其珠光体含量减少。对未过火母材进行硬度检测，硬度值为139HBW，说明鼓包处硬度值有所降低。

图3 金相组织图

2.7 强度计算

根据GB150-1998《钢制压力容器》计算闪蒸洗涤塔筒体的抗拉强度是否满足最高允许工作压力（MAWP）需求。闪蒸洗涤塔下段圆筒的MAWP[4]为：

式中：[σ]t -筒体材料在设计温度下的许用应力，MPa；Φ -焊接接头系数；δe -筒体的有效厚度，mm；Di -圆筒内直径，mm。

该闪蒸洗涤塔下段D i = 3 6 0 0 m m ，δe=14.6mm，Φ=0.85。常温下，[σ]t=409.6MPa（取表3中最小值）。经计算，该闪蒸洗涤塔下段筒体的MAWP=2.81MPa；在55℃工作温度下，[σ]t=170MPa，该闪蒸洗涤塔筒体的MAWP=1.16MPa。闪蒸洗涤塔下段承受设计压力为0.7MPa负压，因此，无论是常温还是在工作温度运行，鼓包区域均能满足使用需求。

2.8 水压试验

检验结束后，经水压试验，其结果无渗漏，无残余变形，水压试验合格。

3 检验结果分析

从上述检验结果看，造成这次鼓包事故的主要原因是闪蒸洗涤塔在超压情况下，介质通过安全阀放空泄出，静电引起电火花引燃泄出的介质而着火，钢材在高温环境下得不到及时冷却而出现短期超温过热现象，强度急速下降。另外，高压段通过管道进入闪蒸洗涤塔下段部分造成超压，在内压的作用下（筒体承受内压）发生塑性变形，因而产生鼓包。通过金相及硬度检测，鼓包处的硬度值有所下降，其对应的强度指标也会降低，说明鼓包处母材发生劣化。

4 问题处理

检验结果表明，闪蒸洗涤塔下段鼓包处的材质发生劣化现象，根据《压力容器定期检验规则》规定，其安全状况等级应定为4级或5级。考虑到该容器的使用压力较低（0.52MPa），使用温度也较低（55℃），鼓包部位继续扩展的可能性较低。因此将其安全状况等级定为4级，监护使用，最长监护使用时间不得超过2年，在监护使用期内缩短检验周期为1年，重点监控鼓包位置有无扩大迹象。

◆参考文献

[1] 刘国华. 闪蒸洗涤塔应力腐蚀开裂分析及控制措施[J].山东化工，2011，14(5)：39-40.

[2] 张伟洪. 煤气发生炉的全面检验及鼓包事故分析[J].石油和化工设备，2011，14(8)：47-49.

[3] 黄红俊，王俊奇，王强，等. 受火损伤加热炉综合评定[J].石油化工设备，2008，37(5)：80-82.

[4] 曹逻炜，邵珊珊，汪逸安，等. 炼油厂过火减压塔合于使用评价[J].压力容器，2015，32(4)：66-72.