反应器内壁翘皮问题修复处理

杜文鹏

摘 要：管式反应器是糠醇生产中的关键设备。反应器运行1个周期后，在清理反应器内壁时发现有两处翘皮，分别为距顶部600mm和900mm处发生翘皮。基于此，本文首先描述了翘皮的具体情况，然后分析翘皮产生的原因，最后探讨修复方案。

关键词：反应器；内壁翘皮；氢腐蚀

中图分类号：TE966 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）22-0053-02

Repair of Skin Lining Problem in Reactor

DU Wenpeng

（Henan Xinlianxin Chemical Fertilizer Co.， Ltd.，Xinxiang Henan 453700）

Abstract： Tubular reactor is the key equipment in furfuryl alcohol production. After a period of operation， two skin warping spots were found in the inner wall of the reactor， which were 600 mm and 900 mm from the top respectively. Based on this， this paper first described the specific situation of skin warping， then analyzed the causes of skin warping， and finally discussed the repair program.

Keywords： reactor；inner wall peels；hydrogen corrosion

管式反应器是糠醇生产中的关键设备，工作中需要将氢气与糠醛加催化剂接触反应生成糠醇。反应器为无缝管制造，运行1个周期，在清理反应器内壁时发现有两处翘皮，分别为距顶部600mm一处，900mm一处。

1 反应器安装位置及情况

管式反应器是糠醇生产中的关键设备，工作中需要将氢气与糠醛加催化剂接触反应生成糠醇，反应器为无缝管制造。反应器内套325mm×16mm，全容积0.64m3，主体材料20号钢，设计压力：8.8MPa，工作压力：8.0MPa，设计温度230℃，工作温度220℃，工作介质为H2和糠醇；反应器有夹套加热，夹套管377mm×8mm，设计压力0.6MPa，工作压力：0.4MPa，设计温度155℃，工作温度144℃，工作介质为蒸汽和冷却水，外圈有蒸汽环管，夹套20号钢。

设备总高9.5m，安装在框架中，支座在5m层，下端法兰距地面1.5m，距框架顶7m，中间隔2层平台，上下都封顶[1]。

2 翘皮具体情况描述

反应器间歇运行，定期清焦，在投产运行一个周期后开盖进行内部结焦清理，拿扁铲向下清理，清理到距顶部约600mm和900mm位置时，发现有两处黑片，无论如何都清理不下。通过检查发现该处卷曲，仔细检测发现是连在内壁上的翘皮。对600mm处的翘皮进行测量，翘皮为弧线形，宽约60mm，高45mm，最厚处约4mm，900mm处的翘皮无法测量，目测比600mm处的翘皮大。

反应器内筒计算厚度为11.37mm；内腐蚀裕量：3mm；外腐蚀裕量：2mm。实际厚度需16.37mm，现缺陷部位只有12mm，必须进行处理。

3 翘皮产生的原因

20钢管的生产工序通常是冶炼—方坯连铸—轧制—穿管。翘皮是在穿管之后宏观可见的缺陷之一，属比较严重的产品质量问题，通常要判废。无缝钢管内表面有翘皮的现象多由镗滚加工不当造成，缺陷内部存在聚集的大型夹杂物，翘皮缺陷的形成，是在穿管深加工过程中，管壁不断减薄，夹杂物逐渐外露，表皮外翻所致。钢管内表面允许存在无根易剥落（或在热处理时可烧掉）的翘皮。对于有根的翘皮，应修磨或切除。该处为有根翘皮。

4 确定修复方案

4.1 根据现场实际情况进行检修

经各方研究，结合现场实际情况，现场场地狭小，该反应器距顶还有两层平台，只有一侧能够站吊车且外侧还有一排管架，该反应器拆除更换难度大，最终决定现场修复。锅检所备案办理相关检修手续。

用内窥镜对反应器内壁进行检测，用超声检测内筒体外表面，检测其是否有翘皮、裂纹等缺陷，用测厚仪检测壁厚是否符合要求。在距上端部600～1 200mm处将外夹套用气割割开，切开夹套，对翘皮部位进行检查。没有发现异常，管内壁其他部位无翘皮现象，测厚也符合要求，厚度在16.3mm以上。经过仔细检查，其他部位无异常[2]。

4.2 运行危害性分析

检查结果是只有上部两处翘皮，其他部分都符合要求，而如何修复这两处翘皮则成为一个重要问题。该反应器在氢气环境下工作，工作压力为8.0MPa，工作温度220℃，糠醇与氢气在催化剂作用下反应较剧烈，温升较快不易控制。修复时，要考虑接口焊缝部位的处理质量，避免氢腐蚀。

氢腐蚀（Hydrogen Attack）是指钢暴露在高温、高压的氢气环境中，氢原子在设备表面或渗入钢内部与不稳定的碳化物发生反应生成甲烷，在鋼内部生成的甲烷无法外溢而集聚在钢内部形成巨大的局部压力，从而发展为严重的鼓包开裂。

压力容器的氢脆（或称氢损伤）是指其器壁受到氢的侵蚀，造成材料塑性和强度降低，并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，从而产生很高的压力，严重时会导致表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物还原。

介质中含氢（或硫化氢）的容器是否会发生氢脆，主要取决于操作温度、氢的分压、作用时间和钢的化学成分。温度越高、氢分压越高，碳钢的氢脆层就越深，发生氢脆破裂的时间也越短，其中温度是重要因素。钢的含碳量越高，在相同的温度和压力条件下，氢脆的倾向越严重[3]。

温度越高或者压力越大，发生高温氢腐蚀的起始时间越早。氢分压8.0MPa是个分界线，低于此值影响比较缓和，高于此值影响比较明显；操作温度200℃是个临界点，高于此温度，钢材氢腐蚀程度随介质温度的升高而逐渐加重。该反应器工作压力工作温度均在氢腐蚀环境下。

4.3 处理方案

该反应器内壁较小，在1 000mm深的部位也无法打磨，切割坡口及焊接质量无法保证。为妥善处理该问题，决定将外圆钢管长度方向量到管口约1 100mm进行割除，包含缺陷位置的内圆钢管长度方向量取到距管口长约1 000mm进行割除，重取一段新管进行更换，先将管头与法兰连接好，再对接下段。使用砂轮修磨清除切割物，見金属光泽、除去渗碳层，渗透检测或磁粉检测确认切口处无裂纹、夹渣等异常。打磨25°外坡口，坡口光滑，焊接坡口及两侧各25mm范围内除去影响焊接的油、锈、污物、渗透检测药剂，清理、清洗干净后再进行焊接。氩弧焊打底焊接，全焊透，焊接选用E4303焊条，ER49-1焊丝。[Φ]3.2焊条的焊接参数如下。电流：90～120A，电压：22～24V，焊接速度：14～16cm/min。

焊条施焊前，150℃烘干保温2h，焊后清理熔渣及飞溅物，焊缝外观质量检查焊缝表面无气孔、无夹渣、无裂纹、无未熔合、无咬边。

焊接结束后首选100%射线检测，Ⅱ级合格；现场条件不具备时对焊缝进行100%超声检测，Ⅰ级合格[2]。

5 现场试压检验

5.1 施工机具

试压泵、量程在15MPa以上的压力表2块等。

5.2 试压工艺

介质：水；试压部位：壳体；试验压力：13.7MPa；计压力：8.8MPa；工作压力：8.0MPa；压力表等级：1.6级；保压时间：30min。

5.3 通知锅检所质检员到场，对壳体进行水压试验

①缓慢升压至设计压力8.8MPa，保压30min；②确认无泄漏后续升压到试验压力13.7MPa，保压30min；③降至设计压力8.8MPa，保压30min；④水压试验合格标准：无渗漏，无可见变形，无异常响声。

5.4 通知锅检所质检员到场，对外夹套进行水压试验

①缓慢升压至设计压力0.6MPa，保压30min；②确认无泄漏后续升压到试验压力0.82MPa，保压30min；③降至设计压力0.6 MPa，保压30min；④水压试验合格标准：无渗漏，无可见变形，无异常响声[4]。

6 结语

对反应器内壁翘皮的检查，分析翘皮产生的原因，经多单位研究，现场实际检查，危害性分析，采取彻底修复措施，取得圆满检修效果，设备投运后正常。

参考文献：

[1]王奉平，李健，赵爱民.锅炉低温再热器内壁腐蚀原因分析及预防措施[J].华电技术，2017（8）：32-35，78.

[2]庞启航，唐荻，赵爱民，等.热轧钢板表面翘皮缺陷的形成机理及控制[J].轧钢，2014（6）：9-11.

[3]沙少冲，曹鸣.用于检测过程系统厂级荡源方法效果测试的多回路控制系统仿真平台的设计及研究[J].工业控制计算机，2017（1）：3-5.

[4]杨建华，马文民.电站锅炉小径管内壁裂纹超声波检测[J].中国电力，2014（12）：42-44.