氨洗塔腐蝕隱患的消除與安全評估（一）
發布時間：2010-01-14 共1頁
陜西某公司化肥廠合成車間銅洗工段氨洗塔于1976年投入運行，其簡體為雙層熱套結構。氨洗塔的規格及運行工況為：規格尺寸：①1000×18450(25+20)mm；主體材質：16MnR；操作壓力：11．4MPa；操作溫度：20～30℃；操作介質：氨水、N2、H2、CO、CH,及微量CO2。
該氨洗塔的作用是用氨水吸收、去除從銅洗塔塔頂出來的合成氣中的微量CO2氣體。在2004年1O月上旬的定期檢驗中，發現該氨洗塔的第一筒節有局部腐蝕現象，蝕坑最深處達7．5mm，具體腐蝕部位見圖1。
1 原因分析
1．1 氫對設備材料的影響
氫對鋼的屈服點和抗拉強度沒有明顯的影響，但卻劇烈地降低鋼的塑性，對鋼的危害很大。這主要是因為當較多的氫溶解于固態鋼中時，可導致鋼中出現非常危險的內部裂紋。
氫原子是質量最輕、直徑最小的元素，因此它在金屬中的擴散活化能比其它元素低得多，活性比較自由，即使在固態金屬中，氫原子也能侵入或逸出。這種由于擴散到金屬中位錯處的氫或生成金屬氫化物所造成的材料脆化現象稱為氫脆。氫是在各種各樣的環境中產生的，如水、潮濕空氣、碳氧化合物、海水、酸等，因此氫脆可以是由于酸洗、電解可腐蝕反應所產生的氫所造成，也可以是因金屬與氫接觸所引起的。一般情況下，鋼中的含氫量很低。然而長期運行在氫氣環境中鋼材，由于環境中的氫分子在分解成原子或離子后，會吸附在金屬表面，然后溶入金屬中并向其內部擴散，與金屬進行了交后作用。擴散人金屬中的氫，會在鋼中的各種微觀缺陷(如位錯、、空位等)，不均勻的應力應變，以及組織形態等部位發生聚集。在應力的作用下，位錯處既產生了應力集中，又導致氫的濃集，生成了“氫氣團”。這種雙重作用提高了材料的應力腐蝕敏感性。
金屬中局部富集的氫，當超過固溶度后，就會在晶粒內微孔處析出，形成H2或和鋼中碳反應生成cH4。這些氣體聚集后可形成高壓，使材料脆斷。該氨洗塔中的氣體介質中含有較高的氫分壓，通過二十多年的運行，極有可能造成氫在材料內部的聚集，在補焊過程中如果不進行消氫處理，很有可能產生延遲裂紋。當裂紋擴展達到臨界值，就會產生裂紋失穩擴展的急劇破壞事故。
另外，在-30～30℃的溫度范圍內，材料的氫脆敏感性最高。這是由于隨著溫度的升高，氫的擴散加快，向空氣中逸出量增加，結果使鋼中氫含量下降所致。
1．2 電化學腐蝕
在腐蝕電解液中，金屬與電位更高的另一種金屬或非金屬導體電連接會引起加速腐蝕，這就是電化學腐蝕。能夠發生電化學腐蝕必須同時具備三個條件：腐蝕電解液、電位更高的金屬或非金屬電連接。同種金屬構件的不同部位電位有差別，例如，焊接件焊縫的電位與基體電位有差異；構件的冷加工部位或受應力部位電位較低；或者是電解液中貴金屬離子在構件局部表面發生沉積，這些都可能會使構件出現類似電化學腐蝕的現象。
合成氣是從銅洗塔中由醋酸銅溶液吸收、去除微量H2S后進入氨洗塔的，這也就有可能將醋酸銅溶液帶入氨洗塔。在氨洗塔內，醋酸銅溶液與氨水發生中和反應，生成單質銅覆蓋在塔壁上。銅的電位為一0．08V，碳銅的電位 為-0．40V，在電解液中，對于沒有被銅覆蓋的碳鋼表面就會發生電化學腐蝕，使碳鋼遭受到嚴重的腐蝕。
氨水自身的腐蝕性不強。氨水中的二氧化碳含量不超過0．02％時，碳鋼有耐腐蝕性。若合成氣中有較多的二氧化碳，就會在氨水中形成甲銨或碳酸銨，碳鋼就會遭受到明顯腐蝕。
1．3 容器檢驗選點部位不合理
該氨洗塔整體高度為18450mm，除平蓋封頭和槽鋼平支架外，中部由9個筒節構成。自該氨洗塔投運以來，均由企業所在地鍋爐壓力容器特種設備檢驗所進行定期檢驗。在2004年10月以前所進行的歷次檢驗中，因氨洗塔第一筒節為液相，內部又有支架，所以在檢驗選點時未考慮。但由于檢驗選點的不合理，使可能早已出現的隱患未被及時發現，從而延誤了整改最佳期，使腐蝕程度不斷加劇。
2 隱患整改方案
檢驗結果出來后，陜化化肥股份有限公司化肥廠立即組織廠內有關技術人員進行了討論分析，確定了維修方案。為了保證設備的安全使用，考慮到減薄部位的強度問題，由相關有資質的專業人員對氨洗塔的腐蝕部位用磨光機打磨后，用BM3 10Mo--L(①3．2mm；Cr24．0～26．0％ ，Nil9．0～23．0％ ，Mo1．9～2．4％)不銹鋼焊條進行了補焊。補焊結束后未進行任何無損檢驗即投入了運行。
3 隱患整改過程存在的不符合項分析
(1)補焊維修方案未經該壓力容器生產廠制定或審核同意。
(2)本次補焊未做壓力容器焊接工藝評定。
(3)本次補焊采用的焊材是BM310Mo--L，屬于異種鋼焊接，在使用中有電化學腐蝕傾向。
(4)本次補焊中未做消氫處理，常年使用的設備材料極易受氫的作用，補焊時很容易開裂。
(5)未進行焊接預熱、焊后保溫等措施。
(6)補焊結束后未做無損檢測，無法排除補焊時產生缺陷的可能性。
（安全評價師）
該氨洗塔的作用是用氨水吸收、去除從銅洗塔塔頂出來的合成氣中的微量CO2氣體。在2004年1O月上旬的定期檢驗中，發現該氨洗塔的第一筒節有局部腐蝕現象，蝕坑最深處達7．5mm，具體腐蝕部位見圖1。
1 原因分析
1．1 氫對設備材料的影響
氫對鋼的屈服點和抗拉強度沒有明顯的影響，但卻劇烈地降低鋼的塑性，對鋼的危害很大。這主要是因為當較多的氫溶解于固態鋼中時，可導致鋼中出現非常危險的內部裂紋。
氫原子是質量最輕、直徑最小的元素，因此它在金屬中的擴散活化能比其它元素低得多，活性比較自由，即使在固態金屬中，氫原子也能侵入或逸出。這種由于擴散到金屬中位錯處的氫或生成金屬氫化物所造成的材料脆化現象稱為氫脆。氫是在各種各樣的環境中產生的，如水、潮濕空氣、碳氧化合物、海水、酸等，因此氫脆可以是由于酸洗、電解可腐蝕反應所產生的氫所造成，也可以是因金屬與氫接觸所引起的。一般情況下，鋼中的含氫量很低。然而長期運行在氫氣環境中鋼材，由于環境中的氫分子在分解成原子或離子后，會吸附在金屬表面，然后溶入金屬中并向其內部擴散，與金屬進行了交后作用。擴散人金屬中的氫，會在鋼中的各種微觀缺陷(如位錯、、空位等)，不均勻的應力應變，以及組織形態等部位發生聚集。在應力的作用下，位錯處既產生了應力集中，又導致氫的濃集，生成了“氫氣團”。這種雙重作用提高了材料的應力腐蝕敏感性。
金屬中局部富集的氫，當超過固溶度后，就會在晶粒內微孔處析出，形成H2或和鋼中碳反應生成cH4。這些氣體聚集后可形成高壓，使材料脆斷。該氨洗塔中的氣體介質中含有較高的氫分壓，通過二十多年的運行，極有可能造成氫在材料內部的聚集，在補焊過程中如果不進行消氫處理，很有可能產生延遲裂紋。當裂紋擴展達到臨界值，就會產生裂紋失穩擴展的急劇破壞事故。
另外，在-30～30℃的溫度范圍內，材料的氫脆敏感性最高。這是由于隨著溫度的升高，氫的擴散加快，向空氣中逸出量增加，結果使鋼中氫含量下降所致。
1．2 電化學腐蝕
在腐蝕電解液中，金屬與電位更高的另一種金屬或非金屬導體電連接會引起加速腐蝕，這就是電化學腐蝕。能夠發生電化學腐蝕必須同時具備三個條件：腐蝕電解液、電位更高的金屬或非金屬電連接。同種金屬構件的不同部位電位有差別，例如，焊接件焊縫的電位與基體電位有差異；構件的冷加工部位或受應力部位電位較低；或者是電解液中貴金屬離子在構件局部表面發生沉積，這些都可能會使構件出現類似電化學腐蝕的現象。
合成氣是從銅洗塔中由醋酸銅溶液吸收、去除微量H2S后進入氨洗塔的，這也就有可能將醋酸銅溶液帶入氨洗塔。在氨洗塔內，醋酸銅溶液與氨水發生中和反應，生成單質銅覆蓋在塔壁上。銅的電位為一0．08V，碳銅的電位 為-0．40V，在電解液中，對于沒有被銅覆蓋的碳鋼表面就會發生電化學腐蝕，使碳鋼遭受到嚴重的腐蝕。
氨水自身的腐蝕性不強。氨水中的二氧化碳含量不超過0．02％時，碳鋼有耐腐蝕性。若合成氣中有較多的二氧化碳，就會在氨水中形成甲銨或碳酸銨，碳鋼就會遭受到明顯腐蝕。
1．3 容器檢驗選點部位不合理
該氨洗塔整體高度為18450mm，除平蓋封頭和槽鋼平支架外，中部由9個筒節構成。自該氨洗塔投運以來，均由企業所在地鍋爐壓力容器特種設備檢驗所進行定期檢驗。在2004年10月以前所進行的歷次檢驗中，因氨洗塔第一筒節為液相，內部又有支架，所以在檢驗選點時未考慮。但由于檢驗選點的不合理，使可能早已出現的隱患未被及時發現，從而延誤了整改最佳期，使腐蝕程度不斷加劇。
2 隱患整改方案
檢驗結果出來后，陜化化肥股份有限公司化肥廠立即組織廠內有關技術人員進行了討論分析，確定了維修方案。為了保證設備的安全使用，考慮到減薄部位的強度問題，由相關有資質的專業人員對氨洗塔的腐蝕部位用磨光機打磨后，用BM3 10Mo--L(①3．2mm；Cr24．0～26．0％ ，Nil9．0～23．0％ ，Mo1．9～2．4％)不銹鋼焊條進行了補焊。補焊結束后未進行任何無損檢驗即投入了運行。
3 隱患整改過程存在的不符合項分析
(1)補焊維修方案未經該壓力容器生產廠制定或審核同意。
(2)本次補焊未做壓力容器焊接工藝評定。
(3)本次補焊采用的焊材是BM310Mo--L，屬于異種鋼焊接，在使用中有電化學腐蝕傾向。
(4)本次補焊中未做消氫處理，常年使用的設備材料極易受氫的作用，補焊時很容易開裂。
(5)未進行焊接預熱、焊后保溫等措施。
(6)補焊結束后未做無損檢測，無法排除補焊時產生缺陷的可能性。
（安全評價師）
