当前位置:首页 期刊杂志

己内酰胺气液分离器失效实验分析

时间:2024-05-22

梁 正* 胡裕养 廖晓玲 金斌戈 刘延雷 韦新华

(1.杭州市特种设备检测研究院 2. 浙江巴陵恒逸己内酰胺有限责任公司)

己内酰胺是一种白色的粉末或结晶体,广泛应用于管材、机械及医疗器械等[1]。己内酰胺若发生泄漏会与空气形成爆炸性混合物,造成火灾、爆炸事故[2]。气液分离器可应用于气体除尘、油水分离及液体脱除杂质等多种场合。在化工工艺中,已内酰胺气液分离器具有重要作用,保障其使用安全是使用单位和检验单位的重点工作。李荣武[3]采用化学成分分析、金相分析、能谱分析等方法对某油气分离器失效原因进行了分析,并给出了相关的设计、制造和使用建议。唐广荣[4]对海上油田三相分离器进行了研究,明确了导致该分离器失效的多种因素。较多学者针对石化管道进行失效分析,但针对己内酰胺分离器失效开展的分析研究还较少。

对某次检验过程中发现的气液分离器壁减问题开展试验研究,采用金相检验、光谱分析等方法对试样进行分析,并对后续设备使用及维护提出了建议。

1 设备基本情况

某己内酰胺气液分离器制造于2011 年11 月,并于2012 年5 月投用。其设计压力为1.88 MPa,设计温度为155 ℃,容积达28.9 m3。由于生产原因,该容器投用后3 年内未曾开展检验,使用过程中也未出现重大安全事故,其主要技术参数可见表1。

表1 己内酰胺气液分离器主要参数

该己内酰胺气液分离器主要用于分离水煤气中的水蒸气。混合气体从分离器下端进入,当气液密度差达到一定值后实现分离,气体经顶部丝网分离,液体则从设备下方流出,保证上不窜液,下不窜气。该分离器由使用单位进行例行维护保养,未曾做过全面检验,也未发生过生产事故。该容器使用温度较高,持续工作时间长,且介质具有腐蚀性。

2 检验方案

检验单位根据TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》,TSG R7001—2013《压力容器定期检验规则》标准要求,制定了设备检验方案,主要包括宏观检验、超声测厚检验及渗透检验等。

采用超声波测厚仪在第二平台处筒体外壁进行壁厚测定,其壁厚h=6~14 mm,与容器设计厚度H=20 mm存在较大差异。对筒体外表面进行渗透检测,未发现裂纹。清退物料、填料并清洗容器内部,打开人孔进入容器后,发现超声测厚异常处的内壁腐蚀严重,具体可见图1。

图1 容器内腐蚀宏观检查

3 研究分析

容器在役期间的使用频率较高,其日常维护记录显示,设备在运行时伴有轻微异响,但外表面与部分接口处未发现异样。综上所述,对设备进行取样并进行金相和光谱分析。

3.1 化学成分分析

采用Thermo Fisher 赛默飞世尔公司的ARL 3460型号固定式直读光谱仪进行化学成分分析。从容器上取样,将其加工为50 mm×50 mm 的样品,并打磨至可见金属光泽,样品实物如图2 所示。

图2 己内酰胺气液分离器缺陷取样情况

从设备资料可知,容器设计用材为06Cr18Ni11Ti,即321 不锈钢。因此试验时以321 不锈钢标准样品作为参照系,并经多次检测后取平均值。光谱分析检测结果如图3 及表2 所示。

图3 样品光谱分析结果

表2 样品部分光谱检测结果 %

因样品各类元素成分含量的质量分数级为10-2,相对较低,选择差值比对较为合理。如表2 所示,样品中的大多数元素都在误差范围内,Mn,Si,Cr,Cu,Ti,Al 这6 个元素含量与标样存在较大差异。Mn,Ti 和Al 含量低于标样,其余元素的含量则高出标样。其中Mn 元素低于标准值0.113 84,Si 和Cr 含量分别超出标准0.122 16 和0.148 87,Ti 和Al 元素则分别低于标准0.023 和0.042。Ti 元素可以降低材料焊缝锈蚀风险,Mn 和Si 是良好的脱氧剂和脱硫剂,检测结果中可以看到,Mn 元素含量低于标准值,但Si 含量则超标。

3.2 金相显微观察与分析

将奥氏体不锈钢放在王水中浸蚀3 s[6],用500 倍金相显微镜观察其母材基层,金相图片如图4 所示。将图4 与标准图像进行对比,确定该样品母材的金相分析结果与奥氏体特征符合良好,并未出现材质劣化等问题。

图4 金相组织500倍照片

4 结论

结合现场检验及试验分析结果认为,该压力容器质量基本符合要求,设备材质与321 不锈钢标样之间存在一定差异,可能导致设备产生腐蚀。

(1)对于该类腐蚀性介质的设备,在不影响工艺的情况下,可采用喷涂橡胶、聚四氟乙烯等衬里或采用更高纯度不锈钢等方法来解决腐蚀问题。

(2)在设备装配、焊接过程中,更全面地了解使用单位需求,采用更合理的设计和加工工艺,使设备应力分布均匀,避免局部集中。

(3)在日常使用过程中,应选用合理生产工艺,控制原料中S,Cl 离子浓度;加强对压力容器的定期维护保养工作,做好日常检查运行记录,建立健全压力容器身份档案及维护保养检查制度;做好注水、注剂的管理,从源头避免腐蚀。另一方面,使用单位还应加强对设备操作、维护人员的安全意识教育和技能培训,要求操作人员严格按照操作规程作业,做好交接班运行记录,对设备运行中存在的问题及时上报,避免设备“带病运行”。

(4)检验单位应对类似材质及使用环境的设备予以重视,依据往期案例制定适用的检验方案,确保检验工作覆盖各个关键失效点。

免责声明

我们致力于保护作者版权,注重分享,被刊用文章因无法核实真实出处,未能及时与作者取得联系,或有版权异议的,请联系管理员,我们会立即处理! 部分文章是来自各大过期杂志,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!