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煤化工變換爐的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制研究

文檔作者：李曉軍文檔來(lái)源：鄂爾多斯市特種設(shè)備檢驗(yàn)所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年11月30日
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煤化工變換爐的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制研究
李曉軍（鄂爾多斯市特種設(shè)備檢驗(yàn)所內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）
摘要：本文結(jié)合某煤化工變換爐的實(shí)際情況，主要從制造過(guò)程、使用過(guò)程兩方面對(duì)某些典型風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與控制進(jìn)
行研究，以期提高設(shè)備的運(yùn)行安全。
關(guān)鍵詞：煤化工變換爐；風(fēng)險(xiǎn)；識(shí)別與控制
某煤化工變換爐屬典型的高溫中壓臨氫設(shè)備， 同時(shí)也是第
Ⅲ類(lèi)壓力容器。該設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表1。
本文主要結(jié)合該煤化工變換爐的相關(guān)情況， 分別從制造過(guò)
程、使用過(guò)程兩方面對(duì)某些典型風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別與控制。
一、制造過(guò)程典型風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與控制
煤化工變換爐制造過(guò)程必須重點(diǎn)考慮淬硬與冷裂紋、再熱
裂紋等典型風(fēng)險(xiǎn)。本章節(jié)主要從上述方面淺析煤化工變換爐設(shè)
計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與控制。
1.再熱裂紋或去應(yīng)力退火裂紋
Cr-Mo 鋼的去應(yīng)力退火過(guò)程， 熔合線的粗晶區(qū)極易產(chǎn)生微
細(xì)裂紋，即去應(yīng)力退火裂紋或再熱裂紋。若想控制再熱裂紋的產(chǎn)
生，必須對(duì)Nb、V、Ti 等再熱裂紋敏感元素進(jìn)行嚴(yán)格控制，即選用
低氫焊條，由此對(duì)后熱與預(yù)熱溫度的提高進(jìn)行控制。此外，對(duì)表
面進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)損檢測(cè)非常必要，即把裂紋控制到允許范圍，同
時(shí)超標(biāo)缺陷部位必須進(jìn)行補(bǔ)焊。
2.淬硬與冷裂紋
Cr-Mo 鋼焊接過(guò)程，淬硬傾向的程度不盡相同，同時(shí)熱影響
區(qū)與焊縫金屬所形成的組織對(duì)冷裂紋相當(dāng)敏感。若想有效規(guī)避
冷裂紋與淬硬， 焊縫前的預(yù)熱工作必須到位， 即預(yù)熱到150~
300℃，同時(shí)焊接全過(guò)程的焊接溫度均應(yīng)控制到該水平。
除上述方面以外，煤化工變換爐制造過(guò)程必須對(duì)回火脆性、
焊接擴(kuò)散氫、壓力試驗(yàn)過(guò)程的破裂及堆焊層變形等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)
別與控制。
二、使用過(guò)程典型風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與控制
與制造過(guò)程（包括設(shè)計(jì)階段）相比，煤化工變換爐使用過(guò)程
的風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型更多，甚至更致命，其中包括蠕變脆化裂紋、氫脆與
氫腐蝕、堆焊層剝離等。本章節(jié)主要就上述風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與控制展
開(kāi)論述，由此確保煤化工變換爐的安全運(yùn)行。
1.氫脆與氫腐蝕
影響變換爐的氫大多為高溫高壓臨氫環(huán)境內(nèi)氫分子的分解
產(chǎn)物、潮濕的腐蝕性氣體環(huán)境內(nèi)H2 或H2S 的電化學(xué)反應(yīng)生成
物、焊接操作工藝不當(dāng)或雨天焊接致焊縫位置滲氫、緩蝕劑不當(dāng)
或不加緩蝕劑致使酸洗過(guò)程滲氫等。設(shè)備材料的工作范圍一般
不超出Nelson 曲線安全區(qū)， 但壓力或溫度的上升極易引起氫脆
或氫腐蝕問(wèn)題。氫脆對(duì)材料的損傷一般存有可逆性，但時(shí)間的延
長(zhǎng)仍有可能引起氫腐蝕的不可逆性，進(jìn)而導(dǎo)致材料鼓泡或脫碳，
其中對(duì)此類(lèi)失效的預(yù)防仍為問(wèn)題控制的主要手段， 具體內(nèi)容包
括：對(duì)設(shè)備運(yùn)行的壓力與溫度進(jìn)行控制；用戶(hù)定期就設(shè)備的整體
結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)封頭及筒體等受壓元件開(kāi)展硬度檢測(cè)（必
要時(shí)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)或金相組織分析）?？紤]到氫腐蝕的潛伏期較
長(zhǎng)（長(zhǎng)達(dá)幾年），設(shè)備使用后期檢測(cè)的頻度應(yīng)有所增加。
2.蠕變脆化裂紋
蠕變脆化裂紋亦稱(chēng)熱疲勞。若設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境溫度超出允
許限值，那么材料勢(shì)必產(chǎn)生大量熱疲勞裂紋，其中熱疲勞發(fā)生的
可能性與溫度呈正相關(guān)。煤化工變換爐殼體極易產(chǎn)生熱疲勞裂
紋， 其中裂紋大多集中分布在裙座安裝部位的角焊縫或爐下端
開(kāi)口的焊接部位。因此必須對(duì)煤化工變換爐的反應(yīng)溫度進(jìn)行嚴(yán)
格控制，同時(shí)提高工藝設(shè)計(jì)與操作運(yùn)行條件。此外，煤化工變換
爐內(nèi)變換反應(yīng)是一種基于氣化狀態(tài)的放熱反應(yīng)， 其中溫度的升
高勢(shì)必引起內(nèi)壓的升高及材料許用應(yīng)力的下降， 此時(shí)煤化工變
換爐極易產(chǎn)生變形現(xiàn)象，甚至造成斷裂失效。針對(duì)上述問(wèn)題，爐
內(nèi)共增設(shè)四個(gè)溫度傳感器， 由此對(duì)爐內(nèi)不同位置的反應(yīng)溫度進(jìn)
行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)冷煤氣從冷煤氣入口注入爐內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)突
發(fā)性反應(yīng)超溫進(jìn)行控制，進(jìn)而規(guī)避反應(yīng)超溫現(xiàn)象的出現(xiàn)。
3.堆焊層剝離
由前文可知， 該煤化工變換爐的主材采用SA387Gr.11C1.2
不銹鋼，加上設(shè)備運(yùn)行過(guò)程勢(shì)必多次經(jīng)歷檢修、啟動(dòng)或停機(jī)等工
序，因此溫度的升降極易導(dǎo)致母材與堆焊層間產(chǎn)生熱應(yīng)力，亦或
母材與堆焊層間氫的過(guò)度聚集導(dǎo)致母材與堆焊層撕裂， 進(jìn)而影
響到設(shè)備的安全運(yùn)行。上述問(wèn)題的處理措施具體包括：設(shè)備制造
過(guò)程，必須對(duì)堆焊層的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制；設(shè)備的啟動(dòng)與停機(jī)過(guò)
程，溫度與壓力的升高必須時(shí)刻保持平穩(wěn)狀態(tài)；設(shè)備檢測(cè)過(guò)程，
堆焊層剝離的檢測(cè)必須重點(diǎn)把握， 以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理相關(guān)問(wèn)
題。
結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，與制造過(guò)程（包括設(shè)計(jì)階段）相比，煤化工變換爐
使用過(guò)程所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)更多、更致命，其中壓力容器最易失效且
風(fēng)險(xiǎn)最大。本文主要對(duì)煤化工變換爐制造過(guò)程與使用過(guò)程典型
風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與控制做了簡(jiǎn)要論述， 其中制造過(guò)程的典型風(fēng)險(xiǎn)包
括淬硬與冷裂紋、再熱裂紋等；使用過(guò)程的典型風(fēng)險(xiǎn)包括變形與
斷裂、氫脆與氫腐蝕、堆焊層剝離、密封等。總體而言，煤化工變
換爐的設(shè)計(jì)師應(yīng)該盡量采用基于失效模式的設(shè)計(jì)理念， 此外用
戶(hù)必須全面掌握設(shè)備的注意事項(xiàng)、基本信息、破壞形式及應(yīng)對(duì)措
施，由此確保煤化工變換爐的相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行。
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技術(shù)
參數(shù)
設(shè)備規(guī)格
（mm）
Φ3600
*5660
*(95+6)
設(shè)計(jì)壓力
(MPa)
6.8
最高工作壓力
(MPa)
6.4
設(shè)計(jì)溫度
(℃)
450
介質(zhì)
水煤氣
/變換氣
氫分壓
入口(MPa)
1.36
出口(MPa)
2.18
注：水煤氣/變換氣包括H2、H2O、CO2、CO 及微量NH3、H2S 等；氫分壓材料以SA387Gr.11C1.2，其中內(nèi)
壁堆焊有不銹鋼；工作原理：H2O、CO 經(jīng)催化劑作用發(fā)生放熱反應(yīng)，同時(shí)生成H2、CO2。
表1 煤化工變換爐的主要技術(shù)參數(shù)
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