加氢反应器定期检验方案的制定及结果分析

李昳心，亢春生

（西安特种设备检验检测院，陕西西安 710065）

0 引言

加氢反应器是炼油化工行业的关键设备，承受高温、高压、临氢环境且造价昂贵，因其制造工序复杂，运行条件苛刻而导致多种材料损伤，再加上许多设备超期服役产生各种缺陷，定期检验可以及时发现存在的安全隐患，是保障此类设备安全运行的重要环节。

1 加氢反应器制造选材和运行中的损失模式

加氢反应器筒体基层采用的铬钼钢，具有较好的淬火性、高温加工性、冲击吸收性及抗高温氢腐蚀性，但不能耐高温H2S腐蚀，必须在反应器壳体基材上堆焊不锈钢防腐层。堆焊层一般为双层，内侧堆焊过渡层（E309L）可阻止表面裂纹向母材扩散，表层（E347L）能有效抵抗H2S腐蚀。虽然在设计选材上都选用耐热铬钼钢及防腐堆焊层材料，但仍然可能发生回火脆化、氢致剥离、氢致裂纹等材料损伤，最终可能导致加氢反应器失效。针对其特殊选材、结构及失效模式制定定期检验方案。

2 加氢反应器检验方案的制定

某石化厂准备将一台停用状态下的加氢反应器移装至外省石化厂，移装前进行定期检验。装置基本参数：容积29.52 m3，内径1800 mm，制造日期2004年1月，高度17 000 mm，设计压力8.4 MPa，最高工作压力8 MPa，设计温度410℃，使用温度380℃，设计壁厚（筒体60 mm，封头40 mm），工作介质：油、油气、H2，H2S（2%），主体材料 12Cr2Mo1R+堆焊（堆焊层 TP309L+TP347L≥6.5 mm）。

通过对该加氢反应器设计、制造及运行记录的审查，保温层外观检验，结合实际运行情况以及主要损伤模式，制定定期检验方案。

（1）宏观检验。主要采用目视方法（必要时利用内窥镜、放大镜或者其他辅助仪器设备、测量工具）检验压力容器本体结构、几何尺寸、表面情况以及焊缝、隔热层、堆焊层是否满足容器安全使用要求。

（2）壁厚测定。采用超声测厚方法，测定位置应有代表性，有足够的测点数。测定后标图记录，对异常测厚点做详细标记。若发现母材存在分层缺陷，应增加测点或采用超声检测，查明分层分布情况以及母材表面的倾斜度，同时作图记录（利用厚度测量法对堆焊层的厚度进行测量）。

（3）硬度测定。对有材料劣化倾向的容器，通过硬度定点检测监测材料的劣化程度。

（4）磁粉检测。对反应器外表面进行磁粉检测抽查（检验员认为有必要时增加抽查比例）；所有接管与本体连接焊缝100%；下过渡段与裙座连接焊缝100%；筒体对接焊缝及纵焊缝抽查20%；上、下弯管对接焊缝100%；上弯管吊耳和弯管外部连接角焊缝100%；上人孔固定螺栓以及可拆卸螺栓抽查；制造过程焊缝返修部位；硬度值偏高的部位；使用过程中超温焊缝部位。见图1。图中深色部位为磁粉、外表面超声部位，丁字焊缝3个方向各500 mm，环缝区域程度为1000 mm。

（5）渗透检测。对反应器内表面进行渗透检测抽查（检验员认为有必要时增加抽查比例）；上、下封头过渡段内表面堆焊层100%；环焊缝下（上）300 mm内表面堆焊层100%；凸台堆焊层及其上下各300 mm范围内100%；反应器内壁堆焊层补焊部位100%；热电偶套管手工堆焊部位100%；人孔内壁堆焊层100%；使用过程中超温部位堆焊层；对不易进行磁粉的部位进行渗透探伤检查缺陷，见图2。图中深色部位为内表面检测部位，其中PT1，PT2为初次表面探伤部位，PT3～PT6为扩探部位。PT7，PT8为接管内表面渗透探伤，探伤范围为接管周围200 mm。

（6）埋藏缺陷超声波检测。采用普通超声，必要时采用TOFD（Time Of Flight Diffraction,衍射时差法超声检测技术）；外表面筒体环、纵缝抽查20%；反应器上、下封头焊缝及两侧各300 mm范围100%；制造过程焊缝返修部位；使用过程中超温焊缝部位。

（7）必要时增加射线检测、金相检验、强度校核、耐压试验等检验项目。

图1 磁粉、超声检测部位

3 检验结果分析

（1）宏观检验时，隔热层局部破损，本次检验时，外表面隔 热层已全部拆除，外表面局部锈蚀严重，应重新打磨除锈，进行防腐和绝热处理。

（2）埋藏缺陷超声波检测中，斜探头扫查外表面时未发现可记录的超标缺陷；利用直探头扫查堆焊层剥离时，未发现堆焊层剥离缺陷。

（3）内表面渗透检测时，下数第一筒节发现表面裂纹1处，长 25 mm（图 3），缺陷位置为检验人员在容器内部面向催化剂卸料口，以卸料口中心点为参考点，垂直向上900 mm，水平向右270 mm处。打磨消除后，凹坑最大深度2 mm。经扩大检测比例，未发现其他裂纹。根据图纸要求，堆焊层厚度（TP309L+TP347L）≥6.5 mm，其中347L最小有效厚度3 mm，故该设备投入使用前，上述凹坑应补焊至设计图纸要求的厚度。堆焊层上发现的表面裂纹为堆焊层氢致裂纹，裂纹由堆焊层向容器母材扩展。在本次检验中，表面裂纹打磨至2 mm，裂纹消除，由此可以推断该裂纹未穿过347L堆焊层。现有的研究结果认为，不锈钢表面裂纹形成机制可能是：①堆焊层中存在的б相以及在操作中吸氢引起的氢脆使得堆焊金属脆化。②脆化后的堆焊金属在热应力、局部应力集中或焊接残余应力的作用下，可能萌生裂纹并逐渐扩展。

图2 渗透检测及裂纹部位

图3 内表面裂纹

4 结束语

通过针对性定期检验，发现在役加氢反应器运行、使用过程中产生的缺陷。及时消除缺陷，排除安全隐患，防止事故的发生，保证压力容器在检验周期内的安全运行。