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    化學元素對壓力容器的干擾與解決

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    化學元素對壓力容器的干擾與解決

    發布日期:2020-07-05 作者: 點擊:

    隨著石化行業加工技術的發展,特別是對高硫原油加工的日益增多,硫化氫對壓力容器的腐蝕性愈加嚴重。眾所周知,在石油煉制過程中,原油中的硫化物以各種形態存在,主要有硫醇(RsH)、硫醚(RsR′)硫化氫(H 2 S)等。這些硫化物中參與腐蝕反應的主要是H 2 S,SRSH和易分解成H 2 S的硫化物,一般稱其為腐蝕源或活性硫。其中硫化氫是造成煉油廠設備腐蝕比較活躍的硫化合物,原油開采出來時伴有水分這些水分含有NaCL、CaCL 2、MgCL 2等鹽類。在煉制過程中MgCL 2和CaCL 2很容易受熱水解生成腐蝕性很強的HCL,原油中的硫化物則分解成H 2 S,就會形成HCL-H 2 S+H 2 O的濕硫化氫腐蝕環境,如:液化石油氣脫硫系統;催化裂化的穩定吸收系統;常減壓蒸餾塔的冷凝系統等。而在濕硫化氫環境下壓力容器應力腐蝕程度取決于硫化氫的濃度、容器中的濕度和介質的流速。內蒙古壓力容器以一臺在役壓力容器的檢驗為例,詳述濕硫化氫環境對運行容器安全性能的影響,并對易產生的主要缺陷氫鼓包進行探討和分析,同時對預防措施提出看法和建議。


    1.濕硫化氫環境的定義國內比較早關于濕硫化氫環境的規定是由中石化總公司研究后提出的。


    關于濕硫化氫環境的定義是:在同時存在水和硫化氫的環境中,當硫化氫大于或等于0.00035MPa時,或在同時存在水和H 2 S的液化石油氣中,當液相的硫化氫含量大于或等于10PPm時,則稱為濕硫化氫環境。


    原化工部HGJ15-89《鋼制化工容器材料選用規定》中對濕硫化氫環境也基本沿用了上述規定,同時對溫度和PH值也給予了規定,即同時滿足以下條件者為濕硫化氫環境:①溫度0~65℃②硫化氫分壓≥0.00035Mpa,相當于水中硫化氫溶解度≥10PPm③介質中含液相水或處于水的露點以下④PH值<6或有***存在。


    2.概況2002年9月,我所對某煉油廠1臺回流罐進行全面檢驗。該容器的基本參數如下:名稱:回流罐規格:!2400×7304×12設計參數:P設:0.43MPa T設:70℃操作參數:Pw:0.2MPaTw:50℃介質:硫化氫、酸性水封頭材質:20g投入運行日期:1998年9月。


    檢驗過程中發現,在進氣一側封頭內表面母材上有多處氫鼓包,鼓包直徑10mm ̄32mm之間,比較大鼓包高度為6mm,且鼓包處有不規則的裂紋。


    3.檢驗方法與結果分析根據原始資料該容器是處于典型的濕H 2 S環境中因此我們有針對性的制定檢驗方案,且檢驗以宏觀、母材、多點測厚為主如發現問題增加金相、chao聲、化學分析及硬度等檢測手段。


    (1)宏觀檢查對該容器進氣端封頭宏觀檢查時,發現27處氫鼓包并開裂,比較大氫鼓包直徑!32mm,高度6mm.具體方法是:手握電筒讓電筒的軸線與罐體母線平行,然后照射觀察。遇到鼓包時,由于鼓包的凸起阻擋了光束的前進,在鼓包的另一面就會產生陰影,利用光線在罐體產生的明暗差別形成的立體感就能發現鼓包。即便是凸度很小的鼓包也會產生明暗差別,再輔以手摸產生的凸起感就能檢出鼓包。對發現的鼓包用記號筆隨時圈出,然后對鼓包的位置、大小、凸度、是否開裂等進行詳細的觀察、測量、記錄、畫圖示意。


    (2)壁厚測定由于當時該容器硫化氫濃度化驗不合格,需進行清洗置換,因此我們為了不影響檢修進度在容器外表面母材進行大量的測厚,發現該容器進氣端母材厚度異常測厚平均數值在5~11mm之間,有些部位測厚顯示值有明顯跳動現象初步判定母材有夾層、夾雜或材質不均勻等缺陷存在。因此我們對該容器進氣端封頭母材進行網格定位方法測厚,測厚值見


    (3)NDT檢查①磁粉檢測外觀檢查發現有的鼓包部位有較大的裂紋,用肉眼可看出。


    但是據我們分析還存在肉眼看不出的裂紋。為了解鼓包周邊區域的裂紋情況,采用了熒光磁粉檢測方法,檢查結果表明:鼓包頂部有龜裂狀的裂紋,而鼓包邊緣未發現裂紋。


    4.鼓包產生原因與分析在常溫范圍內,該容器中硫化氫與不同程度的水是共存的,這樣容器就處于濕硫化氫腐蝕環境之中,形成H


    鋼在硫化氫水溶液中發生電化學腐蝕:陽反應:Fe→Fe 2++2e-二次反應:Fe 2++S 2-→FeS陰反應:2H++2e→2H(滲透)→H 2↑由上述過程可以看出,鋼在這種環境中不僅會由于陽反應而發生一般腐蝕,而且由于S-在金屬表面的吸附對氫原子復合氫分子有阻礙作用,從而促進氫原子往金屬內滲透。由于氫的原子半徑很?。?.52A),能沿板材金屬的晶格間隙向壁內擴散。由于鋼材軋制過程中,存在組織不均勻性和夾雜物,當擴散的氫原子遇著存在于金屬中的非金屬夾雜物或氣孔、裂紋、分層、晶格空隙等處時,阻止了氫的繼續擴散,氫原子在此處聚集成氫分子,隨著這一過程不斷進行,在很小的區域內體積急劇膨脹,當達到定量時,可產生大的內壓力(可達10 4 MPa),促使表面隆起形成鼓包,當包內壓力繼續增大,鼓包直徑與隆起高度也越來越大直至比較后破裂,這就是容器板材比較終分層、鼓包甚至開裂的主要原因。


    5.其它因素濕硫化氫對容器安全性能的影響是重要因素之一,但還有其它因素也不能排除。


    5.1材質的影響金相檢驗發現,鼓包處金屬的晶粒度粗大,而未鼓包處的晶粒度細小,說明氫原子在金屬中容易向晶格大的地方擴散?;瘜W分析和非金屬夾雜物檢驗發現,鼓包處的非金屬夾雜物含量較高,而這些夾雜物就是氫原子的聚集地,從而引起鼓包。


    5.2工藝條件的影響;同是一樣的硫化氫濃度,同樣的操作溫度,我們發現,該回流罐的筒體和另一個封頭卻不存在鼓包和分層。而發生硫化氫腐蝕的封頭位于北面,處于背陰。這說明濕氣往往冷凝在背陰處,這些濕氣和冷凝水使硫化氫有很強的活性,加劇了腐蝕,產生分層和鼓包。


    5.3設計不合理。


    ①防沖板設計不合理從宏觀檢驗和測厚值可看出,封頭上部未發現鼓包和分層,而下部有大量的鼓包和分層,說明鋼材的腐蝕很大程度上也取決于硫化氫的流速,硫化氫溶液流速的增加,加強了物質的擴散和對流,當流速很高時硫化氫腐蝕速度也加快,使容器進氣一段封頭腐蝕增大,沖壞了保護膜??梢娙萜鞣罌_板并未起到保護封頭作用,其尺寸和位置設計也不合理。


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