氨合成塔定期检验

部    门：内蒙古自治区特种设备检验研究院赤峰分院

作    者：麻青春

一、案例背景

1.1设备基本概况

85m3氨合成塔，Ⅲ类压力容器，结构型式为整体包扎式，规格为Φ2410×20359mm，筒体材质SA387Gr.11CL.2+Q345R+Q370R，封头材质为SA387Gr.22CL.2，设计压力16MPa，工作压力14.4MPa，设计温度300℃，工作温度192℃，腐蚀裕量1.5mm，焊接接头系数1.0，2016年02月制造完成，2018年9月投入使用。

1.2设计、制造与检验标准

GB150-2011《压力容器》

GB/T151-2014《热交换器》

1.3损伤模式

通过对合成氨煤化工装置的工艺介质和材料分析，并根据以往装置运行情况来看，其主要损伤机理如下：

（1）氢腐蚀：氢腐蚀是非可逆的，是永久性脆化。合成氨装置中，H2作为氨合成的主要材料，氨合成又是在高温高压下进行，该设备存在氢腐蚀倾向。

（2）氨应力腐蚀开裂：合成氨装置中，在一定的工作应力下，存在氨应力腐蚀开裂的可能性。

（3）大气腐蚀：由于大气具有潮湿性和酸碱性，低合金钢材料的腐蚀在环境气候和平均年操作温度的作用下会发生外防腐层破损和外壁损坏腐蚀。

（4）保温层下腐蚀：由于保温层与金属表面间的空隙内水的聚集产生的，可能来自雨水的泄露和浓缩、蒸汽热水管的泄露等。保温层下腐蚀对于碳钢和低合金钢主要表现为腐蚀减薄，主要发生在保温层穿透部位或可见的保温层破坏部位以及法兰和其他管件的保温层端口等敏感部位。

（5）内部腐蚀减薄：合成氨装置中的压力容器存在各种介质对与其接触的钢材产生的化学腐蚀，以及介质流动等原因产生的冲刷腐蚀可能性。

二、检验检测方案

氨合成塔结构比较复杂，触媒的使用寿命可达10年，本次检验为首次检验，考虑到生产成本，不能实施开罐内检。检验项目包括资料审查、宏观检验、壁厚测定、泄漏孔检漏、表面缺陷检测、埋藏缺陷检测、安全附件检验。

三、发现问题及处置措施

3.1发现的问题

2021年对此台氨合成塔进行首次检验，外表面磁粉检测时，下封头主合成气进口焊缝热影响区发现3处表面裂纹，见图1红色框部位。最长裂纹长度约20mm，见图2红色框部位。

图1  裂纹所在的区域图

图2  最长裂纹所在部位

3.2处置措施

裂纹打磨深度为3mm，用磁粉对缺陷部位复探确认裂纹完全清除。封头设计厚度110mm，实际测厚为115mm。经氨合成塔使用单位、设计单位、检验单位、维修单位对检验情况共同分析后，对打磨的凹坑部位圆滑过渡，下次检修时对缺陷部位进行复探。

4.原因分析

（1）制造缺陷造成使用中开裂。因受钢材冶炼轧制技术、锻造能力、加工水平和检测方法等因素和条件的限制，不可避免地存在技术条件和验收标准中允许的数量、尺寸、形状、类型方面的未超标缺陷，以及因各种原因残留在焊缝中的超标缺陷。由于氨合成塔承受交变载荷，这些先天性缺陷随着使用时间的延长和载荷循环次数的增加而发生变化，在缺陷尖端产生变形，进而产生裂纹。

（2）使用环境造成的延迟裂纹。产生延迟裂纹的条件主要有三个，分别是钢种的淬硬倾向、焊接接头的氢含量及其分布、拘束应力状态。氨合成塔在高温高压下频繁加载，以致在非金属夹杂物、焊缝内部气孔、咬边等部位产生疲劳裂纹，在压力的作用下裂纹扩展，加之封头和主合成气接管的焊接属于异种钢焊接，焊缝及热影响区的抗裂性进一步降低，在外界条件适宜时产生裂纹。

（3）锻造裂纹。氨合成塔的封头为锻件，锻造工艺工程中裂纹的产生与受力情况、金属的组织结构、锻造温度和速度等有关，微裂纹在高温高压和交变载荷的作用下扩展直至形成宏观裂纹。