时柯
（兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州277527）
［摘 要］ 某甲醇装置3台甲醇合成塔并联运行，其中1台使用过程中发生了内漏，检测发现甲醇合成塔管板角焊缝及基层存在多处裂纹缺陷、12根列管存在不同程度的外壁缺陷。对甲醇合成塔发生泄漏的原因进行分析，进而对甲醇合成塔出现的裂纹缺陷和列管减薄缺陷采取相应的措施进行处理，并就如何有效避免各类缺陷的出现，在设备制造与选型及使用维护上提出建议，以期为甲醇合成塔的制造与使用提供一些参考与借鉴。
［关键词］ 甲醇合成塔；泄漏；缺陷检测；原因分析；处理措施；建议
［中图分类号］ TQ223.12+1［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2020）01-0039-03
对于化工生产企业来说，其关键设备运行的稳定性、可靠性及高效性事关企业的生存与发展。甲醇装置中，关键设备——甲醇合成塔（简称合成塔）一旦出现故障，整个系统将全面瘫痪，且其加工制造难度大、周期长、价格昂贵，因此，甲醇合成塔使用状况良好与否至关重要。
1 甲醇合成塔概况
某甲醇装置3台合成塔并联运行，其中1台于2000年6月投用，为管壳式反应器（主要技术特性参数见表1），属三类容器，换热面积2 069 m2；合成塔列管材质为SAF2205双相不锈钢，共有列管2 292根，列管规格φ44 mm×2 mm×7 000 mm；管板基层厚度70 mm，材质为20MnMoNi55，过渡层E309L焊丝堆焊2 mm，面层E308MoL堆焊5 mm。
铜基催化剂装在合成塔的管程中，合成气在管程中与铜基催化剂接触，发生反应而生成甲醇；壳程为锅炉水，用于移走管程内的反应热，同时副产蒸汽。
2 合成塔泄漏问题的出现及检测
本台合成塔使用过程中，从汽包不凝气在线监控中取样分析发现有CO气体，多次取样分析判断合成塔发生了内漏。检修中发现合成塔管板角焊缝及基层存在多处裂纹缺陷，列管涡流检测发现12根列管存在不同程度的外壁缺陷。具体缺陷检测情况如下。
发现合成塔存在内漏现象后，组织进行催化剂扒卸查漏：合成塔壳程水压试验试压至2.8 MPa时发现上管板有2处泄漏点，其中一处为列管角焊缝裂纹［见图1（a）］，另一处为管板堆焊层砂眼［见图1（b）］。
通常对于管壳式设备的管板、管板角焊缝及列管采用表面检测、磁粉、射线、涡流检测等无损检测手段。鉴于该合成塔结构及材质的特殊性，为更加全面地发现设备缺陷，首先对管板进行100%PT检测，发现1处裂纹、12处疑似气孔（微缺陷可不作处理）；对列管采用涡流检测结合内窥镜表面检测，检测结果见表2，缺陷列管分布见图2。
对于水压试验发现的2处缺陷及PT检测发现的1处裂纹缺陷，用手动砂轮打磨后发现2处管板裂纹为列管角焊缝开裂，打磨至3 mm左右裂纹消失；管板砂眼经表面打磨后发现埋藏多处裂纹，表面堆焊层7 mm打磨掉之后发现管板基层仍存在大量裂纹缺陷。
3 原因分析
针对上述缺陷情况，结合设备的使用状态，经综合评价分析认为导致合成塔出现多处缺陷的原因有以下几方面。
3.1 长期运行造成的疲劳开裂
金属在承受大小和方向发生变化的载荷时，虽然产生的应力低于材料的许用应力，长期作用下也会在金属的表面、晶界及非金属夹杂物等处产生不均匀的滑移，从而引起裂纹，这就是金属的疲劳，且疲劳开裂通常发生在几何形状不连续处等易发生应力集中的位置。该合成塔已连续使用近20 a，管板角焊缝长期受到压力波动、温度变化、沸腾锅炉水冲击等外载荷的反复作用，尤其是因生产波动及装置检修带来的数十次开停车，装置开停车期间温度、压力均会发生大幅变化，加之上管板角焊缝处于应力集中比较严重的位置，因而容易造成其疲劳开裂。这是合成塔管板角焊缝出现裂纹的原因之一。
更多内容详见《中氮肥》2020年第1期