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【摘要】基于加氢釜的结构及氢化工艺，分析其失效模式。分析表明，加氢釜的失效形式主要为上封头的孔蚀和下封头的应力腐蚀。本文在确保检验质量的前提下尽量减少检验项目、缩短全面检验时间，安全评定加氢釜的失效模式，并提出此类压力容器安全运行及检验的改进建议，切实提高安全监管的科学性和有效性，避免事故的发生，确保设备长周期安全运行。
【关键词】加氢釜 孔蚀 应力腐蚀 全面检验
1 引言
加氢釜常用于石油化工、香精香料等行业，用以完成氢化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。加氢釜是国内目前进行高温、高压化学反应最为理想的装置，特别适用于易燃、易爆、有毒介质的化学反应，具有明显的优势。但与之相应的是，加氢釜也是危险性较大、容易发生泄漏和火灾爆炸事故的设备。近年来，加氢釜的泄漏、火灾、爆炸事故屡屡发生。由于釜内常常装有有毒有害的危险化学品，事故后果较一般爆炸事故更为严重，因此加强对加氢釜的全面检验和监管迫在眉睫。鉴于生产的需要，使用单位停工时间较短，这就给该类设备的检测和安全评定带来了新的挑战。如何在保证检验质量前提下尽可能减少检验项目，缩短全面检验时间，是保证生產安全，提高经济效益的关键。本文以某香精香料厂加氢釜为例，基于加氢釜的结构及氢化工艺，分析其失效模式，并在此基础上采用宏观检查、超声波壁厚测定、渗透检测等手段对其进行全面检验，安全评定加氢釜的失效现状，提高安全监管的科学性和有效性，避免事故的发生，确保设备长周期安全运行。
2 加氢釜失效模式分析
某香精香料厂加氢釜投入运行两年后提出全面检验申请。该釜结构如图1所示，结构参数和技术参数见表1。加氢釜工艺如下：首先用泵将原料和催化剂打入釜内，然后通过内盘管加热至180℃，再通入氢气加压，同时釜内搅拌装置对物料进行不停的搅拌，在高温高压搅拌下进行加氢反应，释放热量。夹套里的导热油对釜内物料进行降温冷却，使釜内温度保持在180℃左右。结合该厂先期同类加氢釜检验结果可知：加氢釜主要失效形式为上封头的孔蚀和下封头的应力腐蚀。
2.1 孔蚀
孔蚀是在金属表面产生小孔的一种极为常见的局部腐蚀形态，也是破坏性和安全隐患最大的腐蚀形态之一。孔蚀是一种局部的和剧烈的腐蚀形态，在局部首先形成一个或一些小孔，进而向纵深发展从而易使金属穿孔，造成容器失效而引发事故。对于加氢釜上部气相部位的金属表面，介质是以气液二态形式共存的，即附着在金属表面上有液滴和气态的介质，加氢釜顶部存在众多传感器、人孔等接管，形成一定的非流通空间，流动性相对较差，其中液滴更容易粘附.液滴中的高浓度腐蚀介质使金属表面的钝化膜遭到破坏.在其遭到破坏的区域，金属表面与液滴中活性离子接触形成腐蚀的起始点，即形成初始腐蚀坑。随着时间的推延，逐渐形成腐蚀形貌，并且孔蚀是一种自催化过程，如图2所示。
2.2 下封头应力腐蚀
加氢釜封头可通过旋压或冲压形成封头，但通常会采用旋压封头。旋压法生产的封头，由于冷加工过程中会形成不均匀的塑性变形，从而产生冷加工残余应力，内表面受拉，外表面受压。旋压封头冷加工成型，加工硬化使材料塑性降低，而此时的残余应力将对封头的脆断倾向、疲劳寿命及应力腐蚀开裂产生较大的影响，尤其是对奥氏体不锈钢，还将使其耐晶间腐蚀的性能降低。此外，加氢釜在装配时，各个装配件在施焊时会引起焊接残余应力，又因为内压引起的膜应力，以及因加氢反应工艺的要求，加温和冷却的经常交替引起的热应力等，都会在焊缝附近区域造成较大的拉应力。材料处于拉应力情况下，又与腐蚀介质相接触时，材料内部的微裂纹在拉应力及腐蚀介质的双向作用下扩展，并发展至整个断面，引起应力腐蚀。
3 全面检验
根据加氢釜失效模式的分析，该加氢釜的检验除内表面的宏观检查、壁厚测定以及安全附件的检查外。检验的重点应放在容器上、下封头100%内表面的渗透检测。
3.1 宏观检查、壁厚测厚
经对加氢釜内表面的宏观检查，发现高压加氢釜上、下封头内表面存在大面积的条形、圆形腐蚀孔，特别是封头的拼焊焊接区域。
分别对容器封头、筒体及相应部位进行壁厚测定。超声波测厚仪型号为ECHOMETER1075、精度为±0.1mm。测得的封头最小壁厚为61.5mm，筒体最小壁厚为61.9mm，厚度几无减薄。
3.2 表面无损检测
对上、下封头100%的内表面以及上封头所有接管角焊缝，上筒节和封头连接环焊缝以及环焊缝下端200mm母材内表面进行渗透检测。检测发现：上筒节和封头连接内表面环焊缝下端200mm母材未发现缺陷显示，而上、下封头存在大量的条形、圆形腐蚀孔，特别是封头拼接区域，如图3所示。此外，有些条形腐蚀孔还存在裂纹倾向，如图2所示。
3.3 安全附件检查
对该容器的压力表、安全阀、爆破片等安全附件进行检查，均符合TSG R7001-2004《压力容器定期检验规则》相关要求的规定。
4 结论及改进建议
4.1 结论
加氢釜下封头在旋压加工、拼接焊接、交变载荷作用等引发的应力和腐蚀介质双向作用下易引发应力腐蚀；加氢釜上部存在一定的非流通空间，易使腐蚀介质滞留，形成腐蚀坑，发生孔蚀，而在有流速环境的部位孔蚀减轻或基本停止。因此，加氢釜上、下封头存在大量腐蚀坑，甚至产生裂纹倾向，而上筒节母材基本上没有腐蚀坑。
4.2 建议
（1）针对上述缺陷显示，逐一进行打磨处理，打磨后对其进行复验，经几次往复，直至再无缺陷显示。同时对打磨处进行酸洗钝化处理；
（2）建议因此对此类压力容器进行全面检验时，需重点对容器上、下封头进行100%内表面渗透检测，而对类似筒体有流速环境区域可抽查检验；在密闭的容器里开展大面积的渗透检测，在满足检测灵敏度的前提下还要考虑检测效率，建议渗透检测采用水洗荧光渗透检测方法。
（3）预防下封头应力腐蚀可进行喷丸处理，而防止孔蚀应尽量减少易滞留腐蚀介质的空间，增加介质的流动性，金属的连接处应加工光滑并钝化处理；
（4）缩短检验周期，一般定一至两年；
使用单位加强安全管理，避免违规操作；
参考文献
[1] 余柏健，谭新强，何敏. 高压反应釜设计和制造要点[J]. 中国化工装备，2010，（03）：3-7，12
[2] 余守法. 反应釜、蒸馏釜事故预防[J]. 劳动保护，2009，（01）：110-112
[3] 龚辰杰. 反应釜孔蚀原因与防腐蚀浅析[J]. 化工装备技术，2006，（03）：71-73
[4] 李珞， 王欣雨， 张志军. 几种反应釜的腐蚀及防治[J]. 苏州市职业大学学报，2010，（02）：85-88
[5] 陆亚伟， 陆燕，邓建德. 反应釜下封头应力腐蚀断裂事故分析和预防措施[J]. 压力容器，2001，（01）：62-65
[6] 王作池，钟汉通，陈国理. 旋压封头残余应力的试验研究[J]. 压力容器，1993，（01） ：47-51
【关键词】加氢釜 孔蚀 应力腐蚀 全面检验
1 引言
加氢釜常用于石油化工、香精香料等行业，用以完成氢化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。加氢釜是国内目前进行高温、高压化学反应最为理想的装置，特别适用于易燃、易爆、有毒介质的化学反应，具有明显的优势。但与之相应的是，加氢釜也是危险性较大、容易发生泄漏和火灾爆炸事故的设备。近年来，加氢釜的泄漏、火灾、爆炸事故屡屡发生。由于釜内常常装有有毒有害的危险化学品，事故后果较一般爆炸事故更为严重，因此加强对加氢釜的全面检验和监管迫在眉睫。鉴于生产的需要，使用单位停工时间较短，这就给该类设备的检测和安全评定带来了新的挑战。如何在保证检验质量前提下尽可能减少检验项目，缩短全面检验时间，是保证生產安全，提高经济效益的关键。本文以某香精香料厂加氢釜为例，基于加氢釜的结构及氢化工艺，分析其失效模式，并在此基础上采用宏观检查、超声波壁厚测定、渗透检测等手段对其进行全面检验，安全评定加氢釜的失效现状，提高安全监管的科学性和有效性，避免事故的发生，确保设备长周期安全运行。
2 加氢釜失效模式分析
某香精香料厂加氢釜投入运行两年后提出全面检验申请。该釜结构如图1所示，结构参数和技术参数见表1。加氢釜工艺如下：首先用泵将原料和催化剂打入釜内，然后通过内盘管加热至180℃，再通入氢气加压，同时釜内搅拌装置对物料进行不停的搅拌，在高温高压搅拌下进行加氢反应，释放热量。夹套里的导热油对釜内物料进行降温冷却，使釜内温度保持在180℃左右。结合该厂先期同类加氢釜检验结果可知：加氢釜主要失效形式为上封头的孔蚀和下封头的应力腐蚀。
2.1 孔蚀
孔蚀是在金属表面产生小孔的一种极为常见的局部腐蚀形态，也是破坏性和安全隐患最大的腐蚀形态之一。孔蚀是一种局部的和剧烈的腐蚀形态，在局部首先形成一个或一些小孔，进而向纵深发展从而易使金属穿孔，造成容器失效而引发事故。对于加氢釜上部气相部位的金属表面，介质是以气液二态形式共存的，即附着在金属表面上有液滴和气态的介质，加氢釜顶部存在众多传感器、人孔等接管，形成一定的非流通空间，流动性相对较差，其中液滴更容易粘附.液滴中的高浓度腐蚀介质使金属表面的钝化膜遭到破坏.在其遭到破坏的区域，金属表面与液滴中活性离子接触形成腐蚀的起始点，即形成初始腐蚀坑。随着时间的推延，逐渐形成腐蚀形貌，并且孔蚀是一种自催化过程，如图2所示。
2.2 下封头应力腐蚀
加氢釜封头可通过旋压或冲压形成封头，但通常会采用旋压封头。旋压法生产的封头，由于冷加工过程中会形成不均匀的塑性变形，从而产生冷加工残余应力，内表面受拉，外表面受压。旋压封头冷加工成型，加工硬化使材料塑性降低，而此时的残余应力将对封头的脆断倾向、疲劳寿命及应力腐蚀开裂产生较大的影响，尤其是对奥氏体不锈钢，还将使其耐晶间腐蚀的性能降低。此外，加氢釜在装配时，各个装配件在施焊时会引起焊接残余应力，又因为内压引起的膜应力，以及因加氢反应工艺的要求，加温和冷却的经常交替引起的热应力等，都会在焊缝附近区域造成较大的拉应力。材料处于拉应力情况下，又与腐蚀介质相接触时，材料内部的微裂纹在拉应力及腐蚀介质的双向作用下扩展，并发展至整个断面，引起应力腐蚀。
3 全面检验
根据加氢釜失效模式的分析，该加氢釜的检验除内表面的宏观检查、壁厚测定以及安全附件的检查外。检验的重点应放在容器上、下封头100%内表面的渗透检测。
3.1 宏观检查、壁厚测厚
经对加氢釜内表面的宏观检查，发现高压加氢釜上、下封头内表面存在大面积的条形、圆形腐蚀孔，特别是封头的拼焊焊接区域。
分别对容器封头、筒体及相应部位进行壁厚测定。超声波测厚仪型号为ECHOMETER1075、精度为±0.1mm。测得的封头最小壁厚为61.5mm，筒体最小壁厚为61.9mm，厚度几无减薄。
3.2 表面无损检测
对上、下封头100%的内表面以及上封头所有接管角焊缝，上筒节和封头连接环焊缝以及环焊缝下端200mm母材内表面进行渗透检测。检测发现：上筒节和封头连接内表面环焊缝下端200mm母材未发现缺陷显示，而上、下封头存在大量的条形、圆形腐蚀孔，特别是封头拼接区域，如图3所示。此外，有些条形腐蚀孔还存在裂纹倾向，如图2所示。
3.3 安全附件检查
对该容器的压力表、安全阀、爆破片等安全附件进行检查，均符合TSG R7001-2004《压力容器定期检验规则》相关要求的规定。
4 结论及改进建议
4.1 结论
加氢釜下封头在旋压加工、拼接焊接、交变载荷作用等引发的应力和腐蚀介质双向作用下易引发应力腐蚀；加氢釜上部存在一定的非流通空间，易使腐蚀介质滞留，形成腐蚀坑，发生孔蚀，而在有流速环境的部位孔蚀减轻或基本停止。因此，加氢釜上、下封头存在大量腐蚀坑，甚至产生裂纹倾向，而上筒节母材基本上没有腐蚀坑。
4.2 建议
（1）针对上述缺陷显示，逐一进行打磨处理，打磨后对其进行复验，经几次往复，直至再无缺陷显示。同时对打磨处进行酸洗钝化处理；
（2）建议因此对此类压力容器进行全面检验时，需重点对容器上、下封头进行100%内表面渗透检测，而对类似筒体有流速环境区域可抽查检验；在密闭的容器里开展大面积的渗透检测，在满足检测灵敏度的前提下还要考虑检测效率，建议渗透检测采用水洗荧光渗透检测方法。
（3）预防下封头应力腐蚀可进行喷丸处理，而防止孔蚀应尽量减少易滞留腐蚀介质的空间，增加介质的流动性，金属的连接处应加工光滑并钝化处理；
（4）缩短检验周期，一般定一至两年；
使用单位加强安全管理，避免违规操作；
参考文献
[1] 余柏健，谭新强，何敏. 高压反应釜设计和制造要点[J]. 中国化工装备，2010，（03）：3-7，12
[2] 余守法. 反应釜、蒸馏釜事故预防[J]. 劳动保护，2009，（01）：110-112
[3] 龚辰杰. 反应釜孔蚀原因与防腐蚀浅析[J]. 化工装备技术，2006，（03）：71-73
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[6] 王作池，钟汉通，陈国理. 旋压封头残余应力的试验研究[J]. 压力容器，1993，（01） ：47-51