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1、2023/9/27,1,大型石化装置的特点及典型容器检验(1),自治区特种设备检验研究院,2023/9/27,2,以石油、石油炼制后的产品、油田气或天然气作为原料，采用不同的工艺流程，生产燃料型和润滑型油品、化工原料、化工中间体和其它化工产品的工业，统称为石油化学工业。,2023/9/27,3,石油化学工业包括炼油、石油化工、化纤和化肥四大行业，是国民经济的支柱产业之一，在国民经济中占有重要地位，发挥着重要作用。人们的衣、食、住、行等样样都离不开石油化工产品。石化产品与人们的生产生活密切相关，渗透到国民经济的各个领域，被广泛使用在飞机、传播、汽车及制造业、建筑业和农业上，而且成为发展国防工业和
2、尖端科学技术必不可少的原料。,2023/9/27,4,石化企业的特点,随着石油化学工业的迅速发展，也为我们提出了新的课题，即安全生产问题。石油化工生产从安全的角度分析，不同于冶金、机械制造、基本建设、纺织和交通运输等部门，有其突出的特点。具体表现在：,2023/9/27,5,易燃易爆、毒害性、腐蚀性强,石油化工生产，从原料到产品，包括工艺过程中的半成品、中间体、溶剂、添加剂、催化剂、试剂等，绝大多数属于易燃易爆物质，还有爆炸性物质。它们又多以气体和液体状态存在，极易泄漏和挥发。尤其在生产过程中，工艺操作条件苛刻，有高温、深冷、高压、真空，许多加热温度都达到和超过了物质的自燃点，一旦操作失误或因
3、设备失修，便极易发生火灾爆炸事故。另外，就目前的工艺技术水平看，在许多生产过程中，物料还必须用明火加热；加之日常的设备检修又要经常动火。这样就构成一个突出的矛盾，即怕火，又要用火，再加之各企业及装置的易燃易爆物质储量很大，一旦处理不好，就会发生事故，其后果不堪设想，以往所发生的事故，都充分证明了这一点。,2023/9/27,6,石油化工生产，有毒物质普遍地大量地存在于生产过程之中，其种类之多，数量之大，范围之广，超过其它任何行业。其中，有许多原料和产品本身即为毒物，在生产过程中添加的一些化学性物质也多属有毒的，在生产过程中因化学反应又生成一些新的有毒性物质，,2023/9/27,7,石油化工生
4、产过程中的腐蚀性主要来源于：其一，在生产工艺过程中使用一些强腐蚀性物质，如硫酸、硝酸、盐酸和烧碱等，它们不但对人有很强的化学性灼伤作用，而且对金属设备也有很强的腐蚀作用。其二，在生产过程中有些原料和产品本身具有较强的腐蚀作用，如原油中含有硫化物，常将设备管道腐蚀坏。其三，由于生产过程中的化学反应，生成许多新的具有不同腐蚀性的物质，如硫化氢、氯化氢、氮氧化物等。根据腐蚀的作用机理不同，腐蚀分为化学性腐蚀、物理性腐蚀和电腐蚀三种。腐蚀的危害不但大大降低设备使用寿命，缩短开工周期，而且更重要的是他可使设备减薄、变脆，承受不了原设计压力而发生泄漏或爆炸着火事故。,2023/9/27,8,生产装置大型化
5、,目前，世界各国石油化工生产装置的规模越来越向大型化发展，规模的扩大可以降低单位产品的投资和生产成本。我国乙烯装置已达45万吨/年以上，涤纶生产装置已达48万吨/年以上，合成氨生产装置采用了35万吨以上的规模，炼油生产装置的年加工能力已达500万吨以上。通过挖掘潜力和技术改造，生产装置还会向更大的规模发展。,2023/9/27,9,生产的连续性,制取石油化工产品，生产的工序多，过程复杂，随着社会对产品的品种和数量需求日益增大，迫使石油化工企业向着大型的现代化联合企业方向发展，以提高加工深度，综合利用资源，进一步扩大经济效益。其生产具有高度的连续性，不分昼夜，不分节假日，长周期的连续倒班作业。在
6、一个联合企业内部，厂际之间，车间之间，管道互通，原料产品互相利用，是一个组织严密，相互依存，高度统一不可分割的有机整体。任何一个厂或一个车间，乃至一道工序发生事故，都会影响到全局。,2023/9/27,10,工艺过程和辅助系统庞大复杂,石油化工生产从原料到产品，要经过许多工序和复杂的加工单元，通过多次的化学反应和物理处理过程才能完成，因而生产过程既复杂又庞大。另外为了满足石油化工生产的需要，需要设有供电、供热等庞大的辅助系统。生产过程使用的各种反应器、塔、槽、罐、压缩机、均以管道相连通，从而形成了工艺过程复杂和工艺流程长的一系列生产线。,2023/9/27,11,石化生产中涉及物料危险性大,发
7、生火灾、爆炸、群死群伤事故几率高石化生产过程中所使用的原材料、辅助材料半成品和成品，如原油、天然气、汽油、液态烃、乙烯、丙烯等等，绝大多数属易燃、可燃物质，一旦泄漏，易形成爆炸性混合物发生燃烧、爆炸；许多物料是高毒和剧毒物质，如苯、甲苯、氰化钠、硫化氢、氯气等等，这些物料的处置不当或发生泄漏，容易导致人员伤亡；石化生产过程中还要使用、产生多种强腐蚀性的酸、碱类物质，如硫酸、盐酸、烧碱等，设备、管线腐蚀出现问题的可能性高；一些物料还具有自燃、暴聚特性，如金属有机催化剂、乙烯等。,2023/9/27,12,石化生产工艺技术复杂，运行条件苛刻,石化生产过程中，需要经历很多物理、化学过程和传质、传热单
8、元操作，一些过程控制条件异常苛刻，如高温、高压，低温、真空等。如蒸汽裂解的温度高达1100，而一些深冷分离过程的温度低至100以下；高压聚乙烯的聚合压力达350MPa，涤纶原料聚酯的生产压力仅12mmHg；特别是在减压蒸馏、催化裂化、焦化等很多加工过程中，物料温度已超过其自燃点。这些苛刻条件，对石化生产设备的制造、维护以及人员素质都提出了严格要求，任何一个小的失误就有可能导致灾难性后果。,2023/9/27,13,装置大型化，生产规模大，连续性强,石化生产装置呈大型化和单系列，自动化程度高，只要有某一部位、某一环节发生故障或操作失误，就会牵一发而动全身。石化生产装置正朝大型化发展，单套装置的加
9、工处理能力不断扩大，如常减压装置能力已达1000万ta，催化裂化装置能力最大为800万ta，乙烯装置能力将达90万ta。装置的大型化将带来系统内危险物料贮存量的上升，增加风险。同时，石化生产过程的连续性强，在一些大型一体化装置区，装置之间相互关联，物料互供关系密切，一个装置的产品往往是另一装置的原材料，局部的问题往往会影响到全局。,2023/9/27,14,装置技术密集，资金密集,发生事故财产损失大石化装置由于技术复杂、设备制造、安装成本高，装置资本密集，发生事故时损失巨大。由于石化装置资金密集，事故造成的财产损失巨大。据有关资料对19691997年世界石化行业重大事故进行统计分析，发现单套装
10、置的事故直接经济损失惊人(图1)。如1989年10月美国菲利浦斯石油公司得克萨斯工厂发生爆炸，财产损失高达812亿美元；1998年英国西方石油公司北海采油平台事故直接经济损失达3亿美元；2001年巴西海上半潜式采油平台事故损失5亿多美元。,2023/9/27,15,高温、高压、深冷易使设备材料损坏，金属材料发生蠕变、改变金相组织，降低机械强度，低温会使得设备材料变脆易裂。因此事故易发、多发性、突发性和严重危害性是石油化工装置的主要特点。1987年7月8日的石化丙烯睛装置，1996年6月18日的高化苯酚丙酮装置，1996年7月19日和2002年7月23日的石化二次乙烯装置事故，以及今年9月19日
11、的高桥精细化工厂事故，都说明了石油化工生产装置的事故多发性和危害性。,2023/9/27,16,研究石油化工装置的构造特点、火灾危险性和生产过程中的工艺要求，有助于我们了解掌握石油化工装置的特征和事故发生的规律，有助于我们掌握事故处置的主动权，针对性地采取处置对策，有助于减轻或消除事故危害。,2023/9/27,17,在石油化工生产、加工、输送、储运中常常伴随着易燃、易爆、高温、高压、深冷、有毒有害和腐蚀等危险因素，由于高温、高压、深冷能够提高生产效率，降低能源，取得更好的经济效益，石油化工的生产工艺日益向高深发展，火灾的风险也随之加大。例如石油裂解装置内的温度高达800900，生产尿素的反应
12、压力在10MPa以上，高压聚乙烯需要在100300MPa的压力和50300的高温下才能聚合生成，乙烯生产要在103的低温下才能运送和储存。,2023/9/27,18,石油化工装置的构造特点及火灾危险性,石油化工装置具有连续性、工艺过程的复杂性特特点，其装置布置高度密集，管道纵横交错，密密麻麻，让人眼花缭乱。在错综复杂尽管石油化工装置中，我认为塔、炉、罐、槽、泵、管线是构成石油化工装置的基本要素。因生产物料、产品工艺要求等生产要素不同，石油化工装置的工艺参数也有很大的差别。这里重点分析以下装置：,2023/9/27,19,（一）蒸发与蒸馏装置,蒸发与蒸馏装置是石油化工生产的重要单元，应用十分广泛
13、，蒸发是在液体表面发性的气化现象，是石化生产中最简单的过程，一般压力不大，温度不高，相对危险性较小，蒸馏是借液体混合物中各组分沸点的不同来分离液体，将混合物分离为纯组分的操作过程。蒸馏按操作方法分为间歇蒸馏和连续蒸馏；按压力分可分为常压蒸馏（一般蒸馏）、减压蒸馏（真空蒸馏）、加压蒸馏（高压蒸馏）、特殊蒸馏四种。其过程是原料加热蒸发分馏冷凝不同产品,2023/9/27,20,用于蒸馏的主要设备称为蒸馏塔。蒸馏塔按塔板结构（内部结构）可分为填料塔、筛板塔、浮阀塔、沧罩塔、舌型塔、哨旋塔以及管式塔等多种形式的塔器。为了经济效益和安全设置的需要，在石油工业生产中采用常压蒸馏与减压蒸馏联用并连续进行的方
14、法。,2023/9/27,21,常压塔的工作温度一般在370左右，例如：工作压力为0.2MPa的原油换热器和加热炉加热到360370常压塔分离出汽油、煤油、柴油。减压塔，温度为420，真空高为700720mmHg（蒸馏装置）,2023/9/27,22,蒸馏装置主要火灾危险性：一是加热过热或用明火加热等引起火灾爆炸；二是塔壁、塔盘锈蚀使易燃液体或蒸汽逸出；三进出料管道焊接、密闭装置损坏，燃液体或蒸汽泄漏引发事故；四是物料凝结堵塞管道使塔内压力增高引起爆炸；五是减压蒸馏中由于内部压力低于常压，如设备密封不良易吸及空气而有引发着火或爆炸的危险。,2023/9/27,23,（二）深冷装置,冷却、冷凝、
15、冷冻是石油化工生产中重要环节，一般生产都有热交换，有加热也有冷却，通过热交换中的不同温度来控制、生产需要的产品。冷却、冷凝所使用的设备统称为冷凝、冷却器。一般说来，冷冻范围在100内的称为冷冻，而在100200或更低的温度称深度冷冻或简称深冷。适当选择冷冻剂及其操作过程，几乎可以降到摄氏零度或绝对零度的程度。乙烯的沸点是103.7，因此乙烯的生产装置需要经过深冷处理才能液化储存。一般常用的压缩冷冻装置由压缩机、冷凝器、蒸发器与膨胀阀四个部分组成。石化30万吨乙烯装置以柴油为原料，裂解和分离，生产聚合级乙烯和化学级丙烯的副产品。,2023/9/27,24,乙烯的沸点103.7在常温下蒸发可得到7
16、0100的低温，乙烯的临界温度为9.5，能在高压（3MPa）和较高的温度（25）下冷凝，又能在低压（0.27Mpa）和较低温度（123）下蒸发，石油化工生产中乙烯、丙烯是石油裂解的产品，可以就地取材，因此在石油化工生产中常把乙烯作为冷冻剂。乙烯生产中常用丙烯作乙烯的冷冻剂（乙烯在0.1Mpa下沸点47.7），乙烯与丙烯交换冷却，经过多级压缩逐级降温，乙烯、丙烯在常温下均属可燃气体，乙烯的爆炸极限为2.7534%，丙烯的爆炸极限为211.1%。,2023/9/27,25,由于乙烯、丙烯均属不饱和烃，性质的不稳定性、深冷装置高压和低温对装置的破坏性，以及乙烯、丙烯的易燃易爆性等特性，石油化工生产中
17、深冷装置的火灾危险性极大。,2023/9/27,26,（三）聚合反应装置,聚合装置是将若干个分子结合成一个较大的组成相同而分子量较高的化合物的反应过程，如聚氯乙烯是氯乙烯的聚合物等。聚合过程在工业上应用很广泛。乙烯低压聚合可生产高密度聚乙烯塑料；乙烯高压聚合可生产低密度聚乙烯塑料；丁乙烯、异戊乙烯、苯乙烯、异丁烯、氯丁二烯、丙烯睛等都可以通过聚合生产各种不同材质的橡胶。,2023/9/27,27,乙烯聚合目前主要有高压法和低压法两种。高压聚合法的生产压力在100300MPa（10003000kgf/平方厘米），再进行二级压缩至 100280MPa（10002800kgf/平方厘米），经过预热进
18、入聚合反应器，并连续加入少量氧或有机过氧化物，在100220下聚合成熔融状聚乙烯，再生粒半成品聚乙烯。反应成为：,2023/9/27,28,低压法生产的压力一般低于2MPa，是将配制好的催化剂、活化剂和高纯度乙烯加入聚合釜内，在6080和0.10.5MPa下进行聚合反应。在反应中采用较多的是以氧化镁为载体，四氯化钛为催化剂，三甲基铝或三异丁基铝为活化剂的催化体系进行聚合反应。乙烯低压聚合生产流程如图：,2023/9/27,29,聚合反应按照聚合分式可分为本体聚合，悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合、缩合聚合五种。聚合生产火灾危险性很大：一是反应压力高、速度快、易分解，如乙烯高压聚合反应一般在1303
19、00MPa下进行，反应过程中流速很快，停留在聚合装置中的时间为10秒到几分钟，聚合温度高达150300，再加上此条件下乙烯的不稳定性，能分解成碳、甲烷、氢气等，一旦反应失控很容易着火、爆炸。二是原料、单体、催化剂等易燃易爆，如烷基铝在空气中氧化自燃，遇湿燃烧爆炸，氧气作为催化剂加速反应，催化剂的加入均加速了反应过程，如投料控制不当，反应将是很危险的。三是聚合设备和管道常被聚合物堵塞，以致使装在反应器上的湿度计，放射性液面计不能起作用，导致反应失控。石化高压聚乙装置的爆炸威力，据技术人员介绍相当于0.5吨TNT炸药。,2023/9/27,30,高化厂的丁二烯聚合生产顺丁橡胶，脱氧、脱炔、聚合串联
20、，聚合温度5060，压力0.11MAa,使用酒精、丁二烯、金属钠等危险品，具有易燃、遇湿燃烧等危险特性。,2023/9/27,31,（四）催化重整装置,在加热、加压和催化剂作用下，对原料的分子结构加以重新调整的工艺称为催化重整。催化重整主要是对直馏汽油、粗汽油进行重整，通过重整使原料中脂肪脱氢、芳香花和异构化，同时有轻度的热裂化，提高辛烷值。催化重整所用的催化剂有：钼铝、铬铝、铂、镍等催化剂。例如铂重整一般是以常减压蒸馏装置的轻汽油为原料，在铂（即白金）催化剂的作用下，重整调整分子结构，以提高汽油的辛烷值抽取苯、甲苯、二甲苯等化工产品。,2023/9/27,32,催化重整装置内塔群、设备管线多
21、，原料及产品都是闪点较低的液体和爆炸性很强的气体。以预处理过程中大量使用氢气（1平方米原料油需加入70120平方米的氢气）并在22.5Mpa的高压下加氢，且氢气对碳钢设备腐蚀很大，催化重整过程中，需要很大的加热炉才能供应所需的反应热，因此产生过程中火灾危险性很大。,2023/9/27,33,（五）热裂化装置,热裂化装置是化工装置中较危险的生产装置，它主要是对常减馏分油在分馏塔与塔底重油一起加热，经裂化后进行冷却，进行高压蒸发、分馏、再进行低压蒸发获得裂解气、粗汽油和轻柴油。,2023/9/27,34,热裂化的主要火灾危险性在于，生产过程在高温、高压下进行，裂化温度450770，压力27MPa，
22、裂解加热炉管处用火加热至8001000，装置内的油品温度一般超过其自燃点，若漏出即会起火。热裂化过程中产生大量的裂解气，一旦装置不严密很容易形成爆炸性气体混合物，遇加热沪火源爆炸。热裂化装置是事故多发装置。,2023/9/27,35,氧化反应通常是放热反应，有些反应工艺要求需要加热。如乙烯氧化成环氧乙烷，反应温度为200280，反应压力为12MPa；异丙苯气化生成苯酚丙酮，反应温度为105120，反应压力为0.3MPa。氧化装置最危险的设备是氧化塔，也称氧化反应哭。反应过程中投料配比不当，控温控压不当、仪器仪表提供数据有误等极易发生事故。,2023/9/27,36,热壁加氢反应器系统和管线在用
23、检验,自治区特种设备检验研究院,2023/9/27,37,本专题研究重点,1、了解加氢裂化装置的原理、流程及特点，以及类似高温、高压、临氢环境中易发生的材料损伤类型。2、了解2.25Cr-lMo钢，以及其它铬钼钢材料（15CrMoR、3Cr-lMo-1/4V-Ti-B）的特性，适用范围和选材依据。3、了解加氢裂化反应器的结构特点，以及类似大型高压、厚壁特殊压力容器制造要求和检验方法。4、加氢裂化反应器和类似大型、高压、厚壁、重要压力容器制造质量控制要点。5、加氢裂化反应器和类似大型、高压、厚壁、重要压力容器定期检验方案编制、检验项目和方法的选择，各种检测方法的应用目的和技术特点 6、各种氢损伤
24、检测方法、缺陷处理方法和安全性分析。,2023/9/27,38,加氢装置原理、流程及特点,加氢裂化是将大分子的重质油转化为广泛使用的小分子的轻质油的一种加工手段。可加工直馏柴油、催化裂化循环油、焦化馏出油，也可用脱沥青重残油生产汽油、航煤和低凝固点柴油。加氢裂化装置是炼油厂最重要的的生产装置，在高温、高压、临氢状态下操作。加氢裂化装置的工艺流程主要有三种类型方法：一次通过法：所产尾油不参加循环。部分循环法：所产尾油一部分参加循环，一部分排出装置。全部循环法：所产尾油全部参加循环，不排尾油。加氢裂化装置主要设备有加氢精制反应器、加氢裂化反应器、予加氢反应器、加热炉、高压热交换器、高压空冷器、高压
25、分离器、高温高压临氢管道、高温阀门等。详见图1、图2、图3、图4。,2023/9/27,39,图1 加氢裂化装置流程简图（带循环尾油）,2023/9/27,40,图2 大连热壁加氢反应器,2023/9/27,41,图3 高温高压临氢管线,2023/9/27,42,图4 冷壁加氢反应器,2023/9/27,43,热壁加氢反应器概述,1、热壁加氢反应器是炼油、化工行业关键设备。通常在高温、高压、临氢条件(所谓高温、高压、临氢条件是指温度250，氢分压至少1.4MPa）工作，使用条件十分恶劣。2、我国是在80年代初开始由国外引进热壁加氢反应器，并於89年在国内制造了第一台560吨级锻焊式热壁加氢反应
26、器，目前的制造能力已达到千吨级（齐鲁石化公司）。煤化工使用的热壁加氢反应器甚至可以达到2000吨（厚336mm）。据不完全统计国内在用的热壁加氢反应器已达上百台。3、热壁加氢反应器主要是由225Cr-1Mo钢材和锻件制成的设计壁厚大致在在80240mm范围内（锻焊结构、板焊结构），内壁堆焊两层奥氏体不锈钢堆焊层（347盖面、309过渡层），设计压力为820MPa，设计温度大致在370410（目前国内开始大量使用3Cr-1Mo-1/4V-Ti-B材料制造热壁加氢反应器或225Cr-1Mo 加钒，设计温度可以达到450），工作介质主要是H2、油、H2S等。4、热壁加氢反应器主体材料面临着介质腐蚀、
27、应力腐蚀、氢腐蚀、氢脆、回火脆化和蠕变脆化等一系列问题，国内热壁加氢反应器已使用了620年，其危险性在逐年递增。有必要给予足够的重视。,2023/9/27,44,热壁加氢反应器,2023/9/27,45,加氢反应器产生的缺陷及部位,2023/9/27,46,材料选择（纯净化）,压力容器专用钢材的纯净化不仅能改善钢的制造工艺性，如焊接时抗热裂、抗冷裂和抗层状撕裂等工艺性能，更重要的是能显著改善钢的耐腐蚀、抗应变时效、抗回火脆化等使用性能，从而可延长压力容器的使用寿命及提高压力容器的使用安全性。1、专用钢材、电炉精炼、真空脱氧；、推荐正火加回火（NT）。15CrMoR（）、14Cr1MoR（）、1
28、2Cr2Mo1R（225Cr-1Mo）。珠光体耐热钢（GB150、JB4732）2、抗氢腐蚀和回火脆化、NELSON抗氢曲线、步冷试验控制材料的回火脆化敏感性（制造时机械性能破坏性评价）。VTr402.5VTr4038（100F）式中：VTr40-脆化前V型缺口试样的冲击吸收功为40英尺磅（5.5kgm）时对应的温度，为40英尺磅脆化转变温度;VTr40-按阶梯冷却工艺进行回火脆化处理后与处理前的冲击功为40英尺磅时对应温度的变化量。,2023/9/27,47,材料选择（纯净化）,3、日本JIS标准对硫磷含量的要求为：P为0.035以下,S为0.035以下。日本石油学会对压力容器专用钢材的纯净
29、化提出比较明确的推荐性规定，如对于高温和高温高压氢环境下使用碳钢和低合金钢板及锻件，为了防止在使用过程中逐年老化（蠕变、蠕变脆化和氢腐蚀），要求压力容器专用钢材的硫、磷含量取以下值为妥：碳钢：P为0.015以下,S为0.010以下；0.5Mo钢:P为0.010以下,S为0.008以下；1.0Cr-0.5Mo、等中温用钢的P为0.010以下,S为0.008以下（2）。J系数（SiMn）（PSn）104120；X系数（10P5Sb4SnAs）10-215ppm。湿硫化氢环境下使用碳钢和低合金钢板及锻件，其磷含量不应大于0.005%，硫含量不应大于0.010%。,2023/9/27,48,图4 临氢
30、条件用钢防止脱碳和开裂的操作极限（API941第6版）1998年4月,2023/9/27,49,图5 临氢条件用C-0.5Mo和Mn-0.5Mo钢的使用经验（API941第6版）1998年4月,2023/9/27,50,典型阶梯冷却线图,2023/9/27,51,制造要求,1、凡选用材料在使用中有可能发生应力腐蚀开裂的情况，制造后均应进行焊后热处理。对不同材料推荐如下的焊前预热温度（亦可根据焊接工艺评定确定预热温度）。Cr-0.5Mo、150；2.25Cr-1Mo200 奥氏体不锈钢堆焊层100 2、焊接施工中应注意问题：、将应力集中较严重的部位如开口接管、裙座与封头连接部的角焊缝改为对接焊缝
31、。、焊缝的边缘应打磨圆滑过渡，并将焊肉高度磨平以减小应力集中。、焊后热处理（PWHT）温度要选择适当，过高强度降低，蠕变断裂延性增加。、所有角焊缝应彻底检查，以确定无裂纹。反应器制造过程中为提高密封面309和347堆焊层的韧性和抗裂性能，347堆焊层应尽量在最终热处理后再堆焊和加工。3、反应器内部构件的支座台，内裙联接处为防止裂纹可采用三层堆焊，第一层309，第二层308，最外层347。,2023/9/27,52,制造要求,4、热交换器采用U型管结构时，管子为下列材料时，在弯制成型后应进行热处理。、C-1/2Mo、CrMo钢管在弯曲半径小于5倍管子直径时弯管部分和相邻直管300mm处应进行退火
32、。、1Cr18Ni9Ti（SUS 321）钢管弯制成形后其弯管部分和相邻直管300mm处要进行固溶化处理，空冷。、热处理后管子硬度小于下列值 碳钢：HRB72或126HB Cr0.5Mo钢：HRB77或140HB CrMo钢：HRB85或163HB 1Cr18Ni9Ti：HRB90或185HB 不锈钢管的快速固溶化处理，采用U型管固溶化电加热处理装置，利用电热在20120秒中将钢管加热到1050保温10秒后，向管内通压缩空气，90秒时间内将温度迅速冷却到300，有效避开不锈钢在450800的敏化区域，消除内应力。解决不锈钢U形管的应力腐蚀问题。,2023/9/27,53,制造要求,5、在400
33、以上的高温条件下，尽量避免采用异种钢的焊接接头。铬钼钢之间的焊接应采用珠光体焊条，焊后需进行热处理，一般不推荐用奥氏体焊条焊接及焊后不热处理。在制造上采取的措施是：根据操作条件的苛刻程度可以选用双层衬里堆焊（309+347）或单层衬堆焊（347），双层抗剥离性能要优于单层，如选用单层浅熔深堆焊（PZ法）为提高其抗剥离性能要适当加大堆焊金属的稀释率。最近国内采用抗剥离性能好的高速度大电流堆焊法。为防止堆焊层焊接热裂纹和操作中产生相，应控制堆焊层焊后状态铁素体的含量在310%范围，堆焊层的铁素体含量可以采用谢菲尔图（SCHAEFFLER）估算或采用铁素体测量仪直接在堆焊层上测量。一般情况下后者测量
34、值偏高，尤其是单层堆焊。,2023/9/27,54,在用检验的意义,1、随着我国炼制原油含硫、含氮、酸值的增高加重了对设备的腐蚀。压力容器面临着防止应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤等破坏方式的新课题，如加氢裂化、加氢重整、加氢精制容器的氢损伤与回火脆化、催化再生器的露点腐蚀、延迟焦碳塔热疲劳开裂、湿H2S对低合金高强钢设备的应力腐蚀、冷换设备的cl-腐蚀、尿素设备的晶间腐蚀、化纤设备的醋酸腐蚀等等。2、企业存在着相当数量的业已达到设计寿命(30年)的超期服役压力容器。超期服役的、类容器中，安全状况为3级、4级的容器占50%以上，其安全性与延寿是目前企业一个十分重要的课题。3、装置与单体设备的大型化必
35、然导致低合金高强钢的广泛应用，但同时会引起裂纹敏感性增强。如目前高强钢压力容器占石化企业全部在用压力容器的1.97%，其中10%发现有各种原因造成的裂纹。因此如何提高压力容器管理和在用检验水平是目前的一个重要任务。,2023/9/27,55,承压设备风险管理技术,1、承压设备风险管理技术 风险事故概率事故后果。通过对承压设备安全所进行的大量试验研究和经验积累，人们发现：、绝大部分的承压设备内部都存在缺陷；、大部分的缺陷都是无害的，不会导致设备的失效；、极少数的缺陷会导致灾难性的失效后果；、企业80%的风险是由不到20%设备提供的；、对于高风险设备可以通过检验检测来降低风险率。2、可接受的风险率
36、：工业生产死亡风险率以死亡/（人.年）表示。10-3数量级的死亡风险率相当人类由于生病引起死亡的疾病死亡率，是社会和人民不能忍受的，因此必须立即采取措施予以改进；10-4数量级的死亡风险率相当于中等程度危险，遇到这种情况应该采取必要的措施；10-5数量级的死亡风险率相当于体育运动的事故风险率，人们对此是关心的，也愿意采取措施予以预防；10-6数量级的死亡风险率相当于地震和天灾的风险率，人们对此是关心的，但即使投入再多的钱，效果也不显著，感到有些无能为力。10-7 以上数量级的死亡率风险率相当于陨石坠落伤人的风险率，这种情况投资没有回报，通常没有人愿意为这类事故投资加以预防。可接受的风险率实际应
37、用时，一方面要从经济上考虑是否合算、（通常取1020倍的保险系数），另一方面也要考虑时代进步、科技发展、人民和政府对人民生命财产损失的承受力等方面的因素。,2023/9/27,56,承压设备无损检测特点,1、无损检测应与破坏性检测相接合：无损检测的最大特点是在不损伤材料和工件结构的前提下检测，具有一般检测所无可比拟的优越性。但是无损检测不能代替破坏性检测，也就是说对承压设备进行评价时，应将无损检测结果与破坏性检测结果（如爆破试验等）进行对比，才能作出准确的判断。2、正确选用无损检测时间：在进行承压设备无损检测时，应根据检测目的，结合设备的特点，选择合适检测时间。3、正确选用最适当的无损检测方法
38、：由于各种检测方法都具有一定的特点，为提高检测结果可靠性，应根据设备材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。4、综合应用各种无损检测方法：任何一种无损检测方法都不是万能的，每种方法都有自己的优点和缺点。应尽可能多用几种检测方法，互相取长补短，以保障承压设备安全运行。此外在无损检测的应用中，还应充分认识到，检测的目的不是片面追求过高要求的“高质量”，而是应在充分保证可接受风险率和无损检测可靠性的基础上，着重考虑其经济效益和投资回报性。只有这样，无损检测在承压设备的应用才能达到预期目的。,2023/9/27,57,超声和射线检
39、测（有效性、可靠性）比较,1有效性：丹麦瑞典挪威芬兰丹麦焊接研究所，349块试块试验。、超声检测比射线检测检出体积状缺陷的有效性低。、超声检测比射线检测检出未焊透缺陷的有效性低。、超声检测比射线检测检出面积状缺陷的有效性高。2可靠性：（实际缺陷是否都检出，检出的是否都是缺陷）、英国UKAEA研究小组对壁厚200mm的核反应堆壳体超声检测研究表明自身高度6.1mm的缺陷检出几率为50%；自身高度27.3mm的缺陷检出几率为95%。、芬兰技术研究中心统计数字表明：壁厚520mm的对接焊缝一次超声波检测检出几率为80%。T型焊缝超声波一次检测检出几率为60%。、芬兰技术研究中心对520 mm对接焊缝
40、拍51张底片，按IIW五级要求评片，一致同意11张，一半以上同意34张，6张底片评定分歧很大。、好几家炼油厂发现射线评定合格的部位发现有大量的疲劳裂纹，欧洲国家也认为射线对疲劳裂纹的检测能力低。3超声检测和射线检测的检测范围、超声检测：板材、锻件、钢管、复合板、堆焊层和承压设备压力管道焊缝（钢、铝、钛）。、射线检测：铸件、焊缝（钢、铝、钛）。,2023/9/27,58,石化系统中高温压力容器概况,在介质和工艺环境作用下，中高温压力容器面临着防止应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤等破坏方式的新课题，如加氢裂化、加氢重整、加氢精制压力容器的氢损伤与回火脆化、催化再生器的露点腐蚀、延迟焦碳塔热疲劳开裂等等。
41、因此研究和探讨在用高温压力容器的缺陷分析和失效预防方法，是一项具有极其重要意义的工作。石化企业中典型炼油过程的主要工艺温度范围在200550之间，但在催化裂化和焦化的部分工序中，也有达到700800；典型化肥（合成氨、尿素）生产过程的工艺温度范围在200300之间；乙烯裂解的主要工艺温度范围在700800之间；甲醇合成的主要工艺温度范围在240270之间；环氧乙烷直接氧化法的主要工艺温度范围在260；苯酚合成的主要工艺温度范围在110200之间；合成纤维（涤纶）装置的主要工艺温度范围在115300之间；顺丁橡胶装置的主要工艺温度范围在230左右。,2023/9/27,59,高温压力容器的定期检
42、验,1、找出危险源（缺陷、损伤）、针对苛刻介质和工艺环境，预测高温压力容器可能的失效模式（短期加载下的韧性断裂、长期加载下的蠕变断裂和蠕变疲劳失效、材料回火脆化以及由于不断增长的塑性变形引起的变形失效、泄漏、失稳等）。分析主要缺陷种类及其破坏速率：a、体积型缺陷：死缺陷（埋藏缺陷）；活缺陷如冲刷、点蚀、腐蚀等（主要考虑腐蚀与冲刷速率）；b、平面型缺陷：应力腐蚀裂纹、氢致开裂、再热裂纹、疲劳裂纹（主要考虑亚临界扩展速率）；c、弥散型损伤：白点、蠕变开裂、材质劣化、氢腐蚀（主要考虑材料损伤速率）。、根据高温压力容器特点，选用合适的无损检测（RT、UT、MT、PT、ET）和理化检验方法（化学成份、金
43、相检验、硬度、铁素体含量检验、晶间腐蚀试验、能谱试验、光谱试验、X、J系数测定、裂纹断口取样等等）。、探讨高温压力容器无损检测结果的可靠性（一是指不漏掉危险性缺陷的几率；二是指检出结果的真实性。）2、判断和综合评价：按检测结果，对高温压力容器进行综合评价：、质量控制标准、检规、断裂力学为主的缺陷评定。、安全性分析，包括材料损伤的扩展速率和腐蚀性环境的影响。、高温装置系统的风险评估。、高温压力容器使用寿命、检验周期判断及安全定级。,2023/9/27,60,高温压力容器的主要失效模式,高温损伤 许多失效事例都与高温环境的损伤有关，在高温下长期运行所发生的组织性能变化和损伤形式主要有：珠光体球化、
44、石墨化、蠕变损伤、蠕变脆化等。、珠光体球化：碳钢和低合金钢管件在常温下主要为铁素体珠光体组织，在高温下长期使用后珠光体组织中的片状渗碳体会逐渐形成球状渗碳体，并缓慢长大，导致材料常温强度显著降低，引起管件破裂。、石墨化：碳钢管件在500高温下长期使用后，钢中的碳化物分解，析出球状石墨，并导致材料发生不同程度的脆化，引起管件破裂。、蠕变损伤：碳钢管件使用温度超过400、低合金钢管件使用温度超过500时，随时间的变化会发生变形，在结晶晶间生成空隙并开裂，最终导致破裂。、蠕变脆化：低合金钢管件使用温度450650时，在应力比较集中的焊接热影响部位粗晶区域，由于蠕变延性降低引起的开裂。,2023/9/
45、27,61,高温压力容器的主要失效模式,高温临氢损伤 炼油二次加工装置均有直接加入或产出氢气的高温(450650)高压(220MPa)的临氢反应过程。氢在高温高压或是初生氢状态时，可能以原子氢的形式向钢材渗透，导致钢材脆化。腐蚀部位发生于加氢精制、加氢裂化及催化重整装置中高温高压临氢设备及管线中，腐蚀形态为表面脱碳及内部脱碳(氢腐蚀)。这些腐蚀发生在碳钢、C-0.5Mo钢及铬钼钢中。其主要失效形式如下：、氢脆。由于氢残留在钢中所表现出的脆性，氢脆现象是可逆的。、表面脱碳。钢中的氢在高温下移到表面，在表面形成CH4，其强度和硬度下降，但一般不形成裂纹。、内部脱碳(氢腐蚀)。高温高压下的氢渗入钢材
46、后，和不稳定碳化物形成CH4，在晶界或夹杂物附近形成很高压力使钢材产生裂纹和鼓泡，氢腐蚀是不可逆的。,2023/9/27,62,高温压力容器的主要失效模式,高温介质腐蚀、高温硫腐蚀：高温硫腐蚀部位主要为焦化装置、常减压装置、催化裂化装置的加热炉、分馏塔底部及相应的管线、换热器等。腐蚀机理为化学腐蚀，腐蚀形态为均匀腐蚀。其腐蚀过程分为活性硫及非活性硫两部分。所谓活性硫化物，就是它们能与金属直接发生反应；非活性硫化物则是不能直接同金属反应的。、高温环烷酸腐蚀：环烷酸(RCOOH，R为环烷基)是石油中一些有机酸的总称。环烷酸的腐蚀起始于220，随温度上升而腐蚀逐渐增加，在270280时腐蚀最大。温度
47、再提高，腐蚀又下降，可是到350附近又急骤增加。400以上就没有腐蚀了。腐蚀部位主要为常压炉和减压炉出口、减压炉和减压塔进料段、焦化分馏塔等。一般以原油中的酸值来判断环烷酸的含量。原油酸值大于0.5mgKOH/g(原油)时即能引起设备腐蚀。、高温硫化氢腐蚀：在富氢的环境中90%98%的有机硫将转化为硫化氢。在氢的促时下可使H2S加速对钢材的腐蚀。其腐蚀产物不像在无氢环境生成物那样致密、附着牢固，具有一定保护性。在富氢环境中，原子氢能不断侵入硫化物垢层中，造成垢的疏松多孔，使金属原子和H2S介质得以互相扩散渗透，因而H2S的腐蚀就不断进行。腐蚀部位主要存在于加氢精制及加氢裂化装置高温(30042
48、0)的反应器容器、加热炉管及工艺管线。腐蚀形态为H2S对钢的化学腐蚀。,2023/9/27,63,高温压力容器的主要失效模式,高温使用设备停工时常温条件下的失效 石化企业中的中高温容器存在着各种各样的腐蚀形态，开停车时，容易出现应力腐蚀裂纹和氢致裂纹；当设备运行温度在露点以下时，可能产生各类露点腐蚀开裂。连多硫酸腐蚀 连多硫酸应力腐蚀开裂是在停工和检修期间发生的。产生连多硫酸应力腐蚀开裂、往往与奥氏体不锈钢的晶间腐蚀密切相关。这种腐蚀首先是引起连多硫酸晶间腐蚀，接着引起连多硫酸应力腐蚀开裂。所以在形貌上开裂往往是晶间型的。露点腐蚀：、硝酸盐露点腐蚀：催化裂化装置掺炼的常渣油、减渣油及焦化蜡油中
49、的高含量N、S，在催化裂化反应中沉积于待生催化剂表面，在催化再生过程中，成为NOX和SOX等酸性气体且通过设备隔热衬里的缝隙进入到设备金属器壁内壁，当烟气露点温度高于壁温时，烟气中的水蒸汽凝结成水，在内壁与NOX、SOX等形成含有硝酸盐的酸性水溶液，产生硝酸盐露点腐蚀。、硫酸露点腐蚀：以重油或含硫瓦斯为燃料的装置，常由于烟气中生成的硫酸在温度较低处凝聚而引起腐蚀，通常称为硫酸露点腐蚀。硫酸露点腐蚀一般发生在制氢、催化裂化等装置的加热炉、余热锅炉、空气预热器及烟道、烟囱等部位。主要形态为硫酸露点腐蚀穿孔失效。腐蚀产物主要为硫化亚铁、硫酸亚铁、二氧化三铁、氧化亚铁约占80%。,2023/9/27,
50、64,加氢裂化装置损伤形态,1、氢损伤：高温高压条件下扩散侵入钢中的氢（氢原子、新生氢）与钢中不稳定的碳化物起反应生成甲烷，因此引起钢材的内部脱碳，即Fe3C+2H23Fe+CH4，甲烷不能从钢中逸出，聚集在晶界及其附近的空隙、夹杂物等不连续处，以此为起点形成甲烷空隙，形成微小裂缝和鼓泡，随着空隙压力不断升高，就有可能导致钢材的延性和韧性显著下降，在反应器中引起亚临界裂纹扩展，甚至引起脆性破坏。逐渐变成较大的缝隙和裂纹。氢的腐蚀是不可逆的。2、堆焊层表面裂纹：不锈钢堆焊层金属的表面裂纹表现在表面产生并向母材方向扩展。堆焊层的表面裂纹一般出现在可能存在的三相应力的内件支撑表面，通常有以下特征：、
