催化装置再生器应力腐蚀开裂在线检测及安全保障技术研究

成果名称

催化装置再生器应力腐蚀开裂在线检测及安全保障技术研究

申报单位

名    称

合肥通用机械研究所压力容器检验站

通讯地址

合肥长江西路888号

邮政编码

230031

联 系 人

关卫和

电话（区号）

0551-5312800-2282

电子信箱

gmripv@mail.hf.ah.cn

传真（区号）

0551-5313745

成果完成单位

1.合肥通用机械研究所压力容器检验站

2.中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司

3.扬子石化股份有限公司

成果类型

新技术√       新工艺       新方法       新设计

新产品       新材料       新品种       其  他

成果水平

国际领先     国际先进√     国内领先     国内先进

成果来源

国家计划     省部计划    其  他√

成果评价方式

鉴  定√       验  收       专  利       其  他

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（主要包括：立项背景、成果特点、创新性，成果水平，应用效果及推广前景等，2000字）

沉降—再生器是炼油厂催化装置中的一种重要压力容器，其操作压力在0.3MPa左右，介质烟气温度高达700℃，设计壁温小于300℃（一般在100~120℃），所以内壁衬有120~150mm厚的龟甲网隔热衬里。再生器一般高约50米，直径因装置处理能力不同而不同，最大直径在8~10米之间，其壁厚大都是因防止刚性失稳而确定。随直径大小变化，壁厚一般在20~30mm之间。再生器都是由碳素钢（如20G、A₃R）或低合金钢（16MnR、SPV36）的钢板卷焊而成，按我国的质量控制标准《钢制压力容器》（GB150-89/1998），可以不进行焊后消除应力热处理。自94年以来，我国已有20余家炼油厂的催化装置的再生器、烟道及第三旋风分离器发现了大量裂纹，裂纹类型包括沿焊缝熔合线的纵向裂纹，焊缝热影响区裂纹，垂直于焊缝并延伸到母材的横向裂纹，保温钉热影响区裂纹等等，这些裂纹往往从内壁起裂，迅速扩展穿透至壁厚造成泄漏，严重地威胁到正常生产。

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经有关研究表明，催化再生器的开裂是硝酸盐溶液对碳素钢或低合金钢的应力腐蚀开裂现象，这是因为（1）催化裂化装置掺炼的常渣油、减渣油及焦化蜡油中的高含量N、S，在催化裂化反应中沉积于待生催化剂表面，在待生催化剂再生过程中，成为NO_X和SO_X等酸性气体且通过设备隔热衬里的缝隙进入到设备金属器壁内壁，当烟气露点温度高于壁温时，烟气中的水蒸汽凝结成水，在内壁与NO_X、SO_X等形成含有硝酸盐的酸性水溶液，为再生器应力腐蚀提供了敏感性介质。（2）再生器的操作压力较低，往往焊后不进行消除应力的热处理，加上保温钉焊接时不预热，这些因素使得再生器焊缝上存在着很大的残余应力，为再生器应力腐蚀开裂提供了应力来源。

本项目主要研究带温在线运行状态下，如何采用超声波检测技术对再生器进行检测，检测设备是否存在应力腐蚀裂纹，这些裂纹的位置和大小，发现裂纹后如何进行返修，并降低残余应力水平，如何改善环境条件，使设备避开应力腐蚀环境，保障再生器的使用安全，延长设备使用寿命，项目主要研究内容包括：

1、开发了适用于250℃下带温、在线超声波检测技术，在运行状态下从外壁对再生器内壁裂纹进行检测，及时发现缺陷，以方便管理部门制订检维修计划，防止泄漏和其它重大事故发生。

2、检修期间，在不打开内衬的情况下，用超声波检测技术检测沉降—再生器内壁裂纹严重部位，指示打开内衬、进行返修的区域，降低检修成本，减少工作量。

3、研究了多种返修方案，包括全面返修，分段热处理的方法，提出的返修措施符合工程实际，便于操作，有效降低了筒体的残余应力，减少产生应力腐蚀的可能性。

4、采用的提高壁温方式，即减薄耐热层厚度、适当增加导热系数，或者在外壁增加适当厚度的保温层等方法，对防止再次产生裂纹起到了显著作用。

预防在役催化再生器泄漏等恶性事故的关键就是要发现裂纹、确

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定裂纹危险程度并采取有效措施防止裂纹扩展，以保障催化再生器安全运行。因此，本项目首先通过试验研究与现场验证，采用特殊超声

波方法从外壁表面在线检测内表面裂纹获得了成功。其次，为了阻止裂纹的萌生和扩展，研究了催化再生器安全保障技术，本项目还从提高壁温避免应力腐蚀环境，降低设备的应力水平等方面提出预防控制催化再生器开裂失效的有效方法。因而，在整体上为催化裂化装置再生器的安全运行提供了保障技术。

对催化裂化再生器运行状态下或不打开内衬的情况下的超声波检测方法研究以及返修方法、降低残余应力方法、预防萌生裂纹措施等项技术的整体研究居于国内领先、国际先进水平。

几年来，先后对中石化、中石油所属16个单位22套再生器进行了在用、在线带温检测和返修处理。其中16台发现了裂纹。由于在线检测工作条件苛刻（温度较高），采用抽查方式，对易发生应力腐蚀裂纹的部位进行局部检测。在线检测可以帮助业主制定检修计划，确定停车检修时间；停车过程中全面检测可以帮助业主确定拆除内衬的部位，从安全性和经济性两个角度为业主解决了生产中的问题。

本项目提供的再生器的在用、在线检测及返修方法对再生器长周期安全运行具有特别重要的意义，成果的初步应用（22套催化裂化装置）已取得了显著的社会经济效益，对中石化、中石油数十套正在使用的催化裂化装置沉降-再生器推广应用将会取得更大的效益。