分享：加氢裂化装置中超期服役压力容器损伤模式的识别

摘 要:对加氢裂化装置内62台超期服役的压力容器进行潜在损伤模式识别,归类并筛选了压 力容器与预期使用寿命的相关度。结果表明:62台压力容器中,与预期使用寿命有低相关度的压 力容器共5台;与预期使用寿命有高相关度的压力容器共6台,其中有3台存在腐蚀减薄损伤。采 用强度校核的方式对压力容器进行验证,并为其检验方案提供合理化建议。

  关键词:压力容器;加氢裂化装置;超期服役;损伤模式识别 

中图分类号:TE969                                      文献标志码:A                                  文章编号:1001-4012(2022)09-0011-03

近些年,化工企业中在用压力容器的数量持续 增长,超过设计使用年限或者超过20a压力容器的 安全性能也成为了安全监管部门以及检验检测行业 研究的焦点话题[1-2]。压力容器在线服役的时间越 长,说明其容器本体在多种复杂工况下运行的时间 越长,即可能会存在多种潜在的损伤模式[3]。了解 超期服役压力容器在特定工况、典型环境下的损伤 模式以及失效形式,对检验机构的定期检验以及使 用单位的安全管理均有重要的意义。国内检验机构 多数是检验单台或数台超期服役的压力容器,很少 对整个装置内的压力容器进行检验[4]。 

依据 GB/T30579—2014《承压设备损伤模式识 别》、GB/T35013—2018《承压设备合于使用评价》以 及 GB/T26610.2—2014《承压设备系统基于风险的 检验实施导则 第2部分:基于风险的检验策略》,笔 者对某化工企业加氢裂化装置内62台达到设计使用 年限的压力容器进行潜在损伤模式识别,归类并筛选 了压力容器与预期使用寿命的相关度,并为其定期检 验方法的选择和方案的制定提供了合理化建议。

1 超期服役压力容器检验技术路线 

压力容器损伤与预期使用寿命相关度分析技术 路线为:首先采用 GB/T30579—2014的方法,对某 化工企业加氢裂化装置内的压力容器进行潜在损伤 模式识别;并 参 考 GB/T26610.2—2014 和 该 压 力 容器最近3次的检验报告,对其历史定期检验结果进行分析;然后对筛选出存在与寿命相关损伤的压 力容器进行与预期使用寿命相关度水平的评估与归 类;最后对存在与预期使用寿命相关的压力容器进 行检验与量化评估,并针对损伤给出检验建议。

2 加氢裂化装置潜在损伤模式识别

2.1 加氢裂化装置概况 

加氢裂化工艺的原理为:在较高压力下,烃类分 子和氢气在催化剂表面进行裂解反应,并生成了较 小分子,同时也发生了加氢脱硫、脱氮和不饱和烃的 加氢反应,生成了石脑油、航空煤油以及柴油等。该 装置主要由反应系统、分馏系统、脱硫系统3大系统 组成[5-6]。 

加氢裂化装置共涵盖了62台超期服役的压力 容器,这些压力容器的类别和安全状况等级如表1 所示,其中第I类和第II类压力容器占比79.03%, 安全状况等级为 3 级的压力容器占比 46.38%,不 存在安全状况等级4级及以上的压力容器。

2.2 潜在损伤机理 

结合对加氢裂化装置内压力容器现有存档资 料的审查,以及对加氢裂化工艺流程的分析,对加 氢裂化装置 进 行 潜 在 损 伤 模 式 识 别,发 现 其 主 要 的潜在损 伤 有:① 腐 蚀 减 薄,如 高 温 硫 化 物 腐 蚀 (氢气环境)、氯化铵腐蚀、酸性水腐蚀、胺腐蚀等; ② 环境开裂,如湿硫化氢破坏、胺应力腐蚀开裂、 碱应力腐蚀开裂等;③ 材料劣化,如回火脆化、晶 粒长大;④ 机械损伤,如 蠕 变 损 伤;⑤ 其 他 损 伤, 如高温氢腐蚀、堆焊层剥离和开裂等[7-10]。

3 与预期使用寿命相关度的归类与筛选 

结合潜在损伤模式识别结果与历史定期检验结 果,判断压力容器是否存在与预期使用寿命相关的 损伤,并对其损伤情况或损伤程度进行评估,分析压 力容器与预期使用寿命的相关度水平。压力容器与 预期使用寿命的相关度分为3类:无关、低相关度和 高相关度。 

加氢裂化 装 置 内 62 台 超 期 服 役 压 力 容 器 的 损伤模式识别和预期使用寿命相关度分析结果如 表2所示,其中报废压力容器1台,拆除压力容器 2台。 

4 检验建议

4.1 存在腐蚀减薄损伤的压力容器 

在对存在腐蚀减薄损伤的3台压力容器进行定 期检验时,应根据最近一年的定期检验壁厚测量报 告,对其进行强度校核,计算壁厚测量报告中的最小 壁厚能否满足校核温度、校核压力条件下所需的最 小壁厚(名义厚度)。校核对象为压力容器的主体部 件(腐蚀减薄超腐蚀裕量部位,不含接管与附件),校 核的许用应力是根据材料的牌号在设计标准中选取 的,若设计标准中没有,可根据材料标准及设计标准 中的许用应力选取原则进行计算获得,焊接接头系 数为设计标准中的较小值,校核温度和校核压力为 设计温度和设计压力。依据2017年5月1日的定 期检验数据以及厂方提供的数据,对3台存在腐蚀 减薄损伤 的 压 力 容 器 进 行 强 度 校 核,结 果 如 表 3 所示。

4.2 存在其他损伤的压力容器

该加氢裂化装置内存在其他损伤+回火脆化的 压力容器有3台,对其检验建议如表4所示,若缺陷 仍未消除或者发生扩展,需立即进行消除或者对其 进行安全评定。 

4.3 存在环境开裂损伤的压力容器 

该加氢裂化装置内有2台压力容器存在环境开 裂损伤,且在近3次定期检验中检出了存在内表面 裂纹损伤,对其检验建议如表5所示,建议对主体焊 缝、接管及应力集中部位进行不小于50%的表面缺 陷无损检测。

4.4 存在设计压力、设计温度、腐蚀裕量不明的压 力容器 

对该加氢裂化装置内设计温度、设计压力、腐蚀 裕量相关数据缺失的压力容器进行强度校核,结果 显示其最小壁厚均满足校核温度和校核压力条件下 所需的最小壁厚。

4.5 与预期使用寿命无关、低相关度的压力容器

该加氢裂化装置内有48台与预期使用寿命无 关的压力容器,建议依据 TSG21—2016 《固定式压 力容器安全技术监察规程》及有效期内的定期检验 报告,办理使用登记变更。 

对加氢裂化装置内5台与预期使用寿命低相关 度的压力容器,建议依据 TSG21—2016及表4提出 的方法进行检验,并根据检验结果确定安全状况等 级和下次检验时间。 

5 结语与建议 

压力容器的使用状况、材料选用、工作介质、运行及 维修记录等资料,对识别加氢裂化装置的损伤模式尤为重要。对加氢裂化装置的设计数据、工艺数据、运行及维 修数据和历次定期检验报告进行分析,可以识别装置在 不同温度和压力条件下的损伤模式,从而可以对超期服 役压力容器的检验提出针对性的指导意见。

建议厂方加强压力容器的日常维护与管理,确 保所有安全附件(安全阀、液位计等)检验合格并有 效。建议在日常设备管理中加强密封部件、安全附 件的维护、保养及更换,按期进行定期检验,严格执 行工艺操作规程,且编制切实可行的专项应急预案。

参考文献: 

[1] 苗龙.16MnDR钢低温压力容器焊缝返修裂纹产生原 因分析[J].理 化 检 验 (物 理 分 册),2020,56(6):56- 59. 

[2] 魏光强,田大容,李卫军,等.某核电站压力容器 O 形 密封环泄 漏 原 因 分 析 [J].理 化 检 验 (物 理 分 册), 2020,56(4):41-45. 

[3] 李杜伟,胡栋.基于模糊层次分析法的超期服役压力 容器安全评估[J].低温与特气,2021,39(5):49-52.

[4] 林道云,覃杰.超 期 服 役 压 力 容 器 检 验 方 法 的 探 讨 [J].中国特种设备安全,2015,31(增刊1):46-48. 

[5] 刘万朋.压力容器系统基于风险的检验维修策略应用 研究[D].上海:华东理工大学,2013. 

[6] 刘祥春.1PE装置 使 用 超 二 十 年 压 力 容 器 评 估 研 究 [D].上海:华东理工大学,2012. 

[7] 宋岳潭,韩作金.超过设计使用年限的压力容器检验 问题研究[J].中国设备工程,2020(19):148-150. 

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[9] ZHANG Y,CAO W G,SHU C M,etal.Dynamic hazardevaluationofexplosionseverityforpremixed hydrogen-airmixturesinasphericalpressurevessel [J].Fuel,2020,261:116433. 

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<文章来源 >材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 58卷 > 9期 (pp:11-13)>