C-102主吸收塔的缺陷评定失效分析及修复方案

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1设备简况某大型天然气净化厂的天然气脱硫装置工艺流程为：酸性天然气 自外管道进入装置，经过滤后的酸性天然气进入两级胺液吸收塔，即第-级主吸收塔和第二级主吸收塔。从天然气进料过滤分离器出来的酸性天然气进入第-级主吸收塔，经第-级主吸收塔部分脱硫后的天然气进入水解部分脱除COS，再经-系列水解反应，进-步冷却至50℃后，进入第二级主吸收塔，气体中所含H s及CO 被进-步吸收并达到产品质量要求。

在定期检验时，在重要设备第二主吸收塔(C.102)发现该简体纵焊缝有-处严重的埋藏性缺陷 (裂纹)，属危害性缺陷，需要进行风险评估。现对C-102塔检出的缺陷进行分析并制定修复方案。

1.1第二主吸收塔设备技术参数表l 设备技术参数设备参数 设备位号：C-102尺寸 (规格) 2500×22706×6 863材质 SA516-70316L介质 胺液、天然气设计压力 (MPa) 9.1/FV设计温度 (℃) 1oo/160工作压力 (MPa) 8.1工作温度 (℃) 43C-102塔为带复合堆焊层容器，该设备使用压力高，设备壁厚较厚，因此制定的检验方案主要有资料审查、宏观检查、壁厚测定、硬度检测、磁粉探伤、超声波探伤，同时增加了TOFD项 目。

此台设备进行壁厚测定、磁粉探伤时都未发现超标缺陷 (部分焊缝未填满，有补焊现象，硬度测试值较高，局部有超标现象，详见表4)；在对其纵、环焊缝及T字部位进行100%超声波纵向和横向扫查时发现有超标缺陷 (使用K2探头进行UT检测中，距离上丁字 口1O10～1030mm区域内 (图1)，当探头在焊缝表面 自上而下进行横向扫查(图2)时检测到多个不同深度的回波，深度为20～50mm，长度20～28mm，当量SL20～SLO。

其余方向的扫查均未发现高于SL线的回波，缺陷未延伸至母材。为更精确定量和定性，又进行了TOFD检测，根据超声波初步扫查结果做了三组不同TOFD的扫查。见图3、4、5、6对缺陷部位进行复查检测结果均确定为横向危害性缺陷 (裂纹)，为此对其安全状况评定及是否返修等进行了综合分析 (因业主认为缺陷不是太大，不愿意返修)。本次安全状况评定同时利用 了V-SAPE分析技术 (即含缺陷承压设备安全评定计算软件)。

图l 图2作者简介：彭朝华 (1 972-)，女，四川人，大学本科，工程师。在四川省特种设备检验研究院从事监督和定期检验工作。

32- 故障诊断 石油和化工设备 2013年第16卷(1)参数化建立设备模型；(2)可视化裂纹建模；(3)录入设备工况；(4)进行应力计算、失效评定和疲劳计算：(5)自动生成分析报告。

图7和图8分别是C-102深埋缺陷在正常工况和水压试验下的 FAC失效评定图∩以看出，C.102深埋缺陷在正常工况和水压试验下均未能通过评审的裂纹，建议马上将此装备停用，进行修复或替换。

4 C.102塔简体失效分析及修复方案针对上述检测情况，对C-102塔筒体进行失效分析及制定修复方案。

4.1由于该设备介质特殊，为高含湿硫化氢、CO：及硫化物介质，此类介质很可能存在的失效方式有应力腐蚀、点腐蚀、均匀腐蚀。

4.2材质化学成分和力学性能分析将ASME SA516.Gr70与我国压力容器用钢16MnR进行化学成分和力学性能比较，见表5。

Lr图7 正常工况失效评定图表5 化学成分和力学性能对比Lf图8 水压工况失效评定图化学成分(%) C Si Mn P S 力学性能 0 b a s 6 5ASME SA5l8-Gr70 ≤0.3O 0.13～0.45 0.79～1.3 ≤0.035 ≤0.035 板厚≤200mm 485～620 260 1716MnR ≤0.2O 0.20～0.55 1.2O～l60 ≤0.030 ≤0.020 板厚>6O～100 460～59O ≥285 20从表5可以看出，SA516.Gr70与l6MnR力学性能相当，化学成分有-定差别，特别是在含碳量方面，SA516-Gr70高于16MnR，即SA516-Gr70要比16MnR可焊性差，在使用相同焊接材料情况下，出现焊接冷裂纹的倾向较大，焊接预热的温度要高，若在焊接中预热和后热温度及时间不够的情况下，焊接残余应力会较大，极易出现焊接延迟裂纹 (即焊接冷裂纹)。

4.3简体修复存在的问题(1)结构的冈0性较大 (其筒体壁厚较厚)，补焊时焊接残余应力较高，若焊接工艺不适当易产生延迟裂纹；(2)筒体材质为ASTM A5l6-Gr70，含碳量最高为0.30%，强度也比16MnR高。因此，淬硬倾向比较大，焊接性能较差。

4.4制定详细的筒体返修方案采用彻底全面返修方案，此裂纹必须完全消除后进行返修。焊前准备工作有：(1)对超探检测出的缺陷部位做出标记；(2)检测硬度，焊缝返修前测试的硬度值见表6。

(3)将有缺陷部位用砂轮机进行打磨，清除焊缝两侧距坡口边缘约50mm处的铁锈、油污等物；(4)用砂轮机沿纵缝方向打磨开槽约2-3mm深，目测加1o0%MT检测，观察是否有缺陷存在；(5)采用碳弧气刨对缺陷部位沿纵缝方向开槽，碳弧气刨开槽10mm深后，目测加PT检测，查找并分析缺陷，随后继续碳弧气刨，注意逐层 目第1期 彭朝华等 C-1 O2主吸收塔的缺陷评定失效分析及修复方案 -33-测观察，刨至20mm深处，目，JjJlPT检测，查找并判断缺陷性质，直至确认清除所有缺陷；(6)用砂轮机打磨去除氧化层，表面呈现金属光泽：(7)清除碳弧气刨产生的氧化皮后，对沟槽进行1 00%PT或t 00%MT检测，满足JB/T4730.2005I级合格要求；(8)焊前预热，焊道中心两侧各150mm范围预热，预热温度 150℃；焊接过程中保证接头温度不低于预热温度；(9)焊后立即进行消氢处理，250℃.300℃，时间不小于2小时；(10)消氢后进行100%UTMT检测，JB/T4730.2005 I级合格要求；(11)对焊缝返修部位进行局部消除应力热处理620±20℃/2.5h：(12)热处理后进行100%UT100%MT检测，满足JB/T4730-2005 I级合格要求；(13)热处理后检测返修部位硬度，要求HB<200(包括焊缝、热影响区、母材三个区域，每个区域N3点)。

表6 焊缝返修前测试的硬度值 (HB)相对应超探焊缝 母材 焊缝热影响区 焊缝 焊缝热影响区A 187 203 212 196B 179 197 209 2l14-3修复后检验结果(1)焊缝外观打磨圆滑应无尖锐棱角，不允许存在咬边等缺陷；(2 ) 热 处 理 前 、 后 分 别 进 行1 00%UT1 00%MT检测，JB/T4730-2005 I级合格；(3)热处理后进行硬度检查，C.102主吸收塔筒体焊缝返修后硬度值 (HB)符合要求，详见表7。

表7 焊缝返修后测试的硬度值 (HB)母材 焊缝热影响区 焊缝 焊缝热影响区187 202 200 198198 210 198 2035总结此次检验中运用了先进的技术及理论，利用V-SAPE分析技术，对检出的缺陷进行了准确的定性、定量和定位，并根据确定缺陷的位置准确地将深度裂纹找到，并采取-系列技术手段消除了缺陷，修复了筒体。

在此次检验中体会到，外观检验也有着重要作用。通过外检可以看出，该筒体焊缝出现深度裂纹系由于运行中外应力大，加之制造过程中的焊接 内应力、焊接预热、消氢处理不严、冷却速度过快、热处理制度执行不好等原因综合形成。

返修要点： (1)保持根部焊透、清理焊道；(2)严格消氢处理，加强焊材烘焙； (3)焊前预热，降低冷却速度，焊后热处理。

目前，修复的该塔已投入使用，运行状况良好，未出现其它故障。