螯合樹脂塔腐蝕原因及應(yīng)對(duì)措施分析范文

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摘要：針對(duì)位號(hào)為T1160AB換樹脂塔運(yùn)行多年后出現(xiàn)筒體、上封頭局部腐蝕減薄的情況，進(jìn)行原因分析，復(fù)核筒體及上封頭壁厚、強(qiáng)度，并結(jié)合塔自身實(shí)際情況，制訂了安全、可靠的維修方案。

關(guān)鍵詞：樹脂塔；腐蝕原因分析；壁厚；強(qiáng)度校核；維修方案

寧波鎮(zhèn)洋化工發(fā)展有限公司是一家集氯堿、有機(jī)化工、新材料于一體的綜合性化工企業(yè)，其氯堿系統(tǒng)先后建有一期、二期、搬遷項(xiàng)目、錯(cuò)峰項(xiàng)目等板塊。其中一期鹽水系統(tǒng)3臺(tái)螯合樹脂塔T1160ABC于2006年投用，本體材質(zhì)為Q345R內(nèi)襯低鈣鎂橡膠，采用巖棉保溫。因上封頭N3出口管漏料（鹽水、堿、酸等），導(dǎo)致接管腐蝕減薄、襯膠層破損陸續(xù)修補(bǔ)過(guò)。在對(duì)3臺(tái)塔整體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)上封頭N3出口管區(qū)域及N3出口管側(cè)筒體大面積腐蝕，其中C塔S-1D、S-1E處襯膠破損，視鏡處腐蝕嚴(yán)重，擬做更新處理。針對(duì)內(nèi)部襯膠無(wú)損壞但鋼制部分腐蝕較嚴(yán)重的T1160AB塔，經(jīng)手工除銹打磨后測(cè)得剩余壁厚，復(fù)核其厚度及強(qiáng)度，再制定可靠的維修方案，以達(dá)到節(jié)約成本，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1樹脂塔概況

1.1樹脂塔參數(shù)

設(shè)計(jì)壓力0.7MPa，設(shè)計(jì)溫度70℃，飽和精鹽水（ρ=1.18×103kg/m3），筒體厚度16mm，上封頭厚度20mm，塔內(nèi)徑2450mm，無(wú)損檢測(cè)比例20%，液位總高約5000mm，筒體、封頭材質(zhì)均為16MnR（Q345R），樹脂塔簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。1.2樹脂塔腐蝕情況T1160AB塔上封頭腐蝕區(qū)域以N3接管為基點(diǎn)，向封頭與筒體焊縫處輻射腐蝕，靠近N3接管處剩余最薄壁厚5.2~6.5mm，中段區(qū)域約為6.8~8.5mm，封頭與筒體焊縫處區(qū)域?yàn)?2~15mm。整個(gè)筒體西側(cè)全部腐蝕，面積約L3400mm×B1800mm，上部區(qū)域剩余厚度6.5~10.4mm，中部區(qū)域8.7~1.2mm，下部區(qū)域9.4~13.8mm。

2腐蝕原因分析

為保證螯合樹脂塔內(nèi)飽和精鹽水的溫度（55±5）℃，溫度過(guò)低鹽水的溶解度降低使樹脂的相對(duì)處理量降低，塔外部采用巖棉保溫，鍍鋅鐵皮加以覆蓋，此種結(jié)構(gòu)防水密封性能差。N3接管處墊片老化導(dǎo)致鹽水（有時(shí)候是酸洗、堿洗的溶液）滲漏滲入保溫層，以及雨水滲入的長(zhǎng)期積存，是造成樹脂塔上封頭N3接管區(qū)域及筒體側(cè)腐蝕的主要原因。根據(jù)T1160AB腐蝕情況及手工除銹后檢查結(jié)果來(lái)看，上封頭及塔體腐蝕應(yīng)是一個(gè)緩慢持續(xù)的過(guò)程，塔在剩余壁厚下工作狀態(tài)也有相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，雖然腐蝕減薄較多，但筒體及上封頭在使用中（包括除銹后投用）未發(fā)生變形或斷裂，說(shuō)明滿足使用要求。因此需對(duì)筒體及封頭的厚度、強(qiáng)度進(jìn)行校對(duì)，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3筒體及上封頭厚度、強(qiáng)度校核

3.1筒體厚度、強(qiáng)度核算

（1）筒體厚度根據(jù)GB150.3-2011第3.3圓筒設(shè)計(jì)要求中設(shè)計(jì)溫度下內(nèi)壓圓筒的計(jì)算厚度公式：δ=PCDi2[σ]t準(zhǔn)-PC式中：PC—計(jì)算壓力，MPa；Di—圓筒內(nèi)直徑，mm；[σ]t—設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力，MPa；準(zhǔn)—焊接接頭系數(shù)。該塔設(shè)計(jì)壓力0.7MPa，筒體受壓考慮到液柱靜壓力（飽和精鹽水，ρ=1.18×103kg/m3，液位約5m高）P=ρgh=1.18×103kg/m3×5m×9.8≈0.058（MPa），計(jì)算壓力Pc=0.7+0.058=0.758（MPa）。筒體焊接采用雙面焊，無(wú)損檢測(cè)比例20%，焊接接頭系數(shù)按GB150.1-2011第4節(jié)4.5.2選用準(zhǔn)=0.85。設(shè)計(jì)溫度下（70℃）的材料許用應(yīng)力根據(jù)GB150.2-2011表2碳素鋼和低合金鋼板許用應(yīng)力中Q345R（3~16mm，≤20~150℃，189MPa）選189MPa。因此計(jì)算厚度為：δ=0.758×24502×189×0.85-0.758。根據(jù)測(cè)得筒體最小厚度約為6.5mm，大于計(jì)算出的厚度5.79mm，符合使用要求。

（2）根據(jù)GB150.3-2011第3.3設(shè)計(jì)溫度下圓筒最大允許工作壓力的計(jì)算公式[PW]=2δe[σ]t準(zhǔn)Di+δe式中：[PW]—最大允許工作壓力，MPa。δe為實(shí)際測(cè)得的最小壁厚，代入算出最大允許工作壓力[PW]=0.858MPa，大于計(jì)算壓力，符合要求。

3.2蝶形封頭厚度、強(qiáng)度核算

根據(jù)圖紙標(biāo)注，封頭形式為DHB2450蝶形封頭（JB/T4746-2002），上封頭計(jì)算壓力僅考慮設(shè)計(jì)壓力即0.7MPa。無(wú)損檢測(cè)比例20%，焊接接頭系數(shù)按GB150.1-2011第4節(jié)4.5.2選用φ=0.85。設(shè)計(jì)溫度下（70℃）的材料許用應(yīng)力根據(jù)GB150.2-2011表2碳素鋼和低合金鋼板許用應(yīng)力中Q345R（16~36mm，≤20~100℃，185MPa）選185MPa。其計(jì)算厚度根據(jù)GB150.3-2011第5.4.2設(shè)計(jì)溫度下內(nèi)壓蝶形封頭的計(jì)算厚度公式：δh=MPCRi2[σ]t準(zhǔn)-0.5PC式中：δh—封頭計(jì)算厚度，mm；PC—計(jì)算壓力，MPa；Ri—蝶形封頭球面部分的內(nèi)半徑，mm；r—蝶形封頭過(guò)渡區(qū)轉(zhuǎn)角處的內(nèi)半徑，mm；[σ]t—設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力，MPa；準(zhǔn)—焊接接頭系數(shù)；M—蝶形封頭形狀系數(shù)，M=14[3+Rir姨]；Di—圓筒內(nèi)直徑，mm。根據(jù)查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》DHB2450封頭DN=2400mm，按表1蝶形封頭形式參數(shù)關(guān)系：DHBDN=DiRi=1.0Dir=0.10Di其中Di=DN，由此計(jì)算出封頭Ri=1.0Di=2400mm，r=0.10Di=240mm，將其代入式M=14[3+2400240姨]=1.54，封頭的計(jì)算厚度為δh=1.54×0.7×2400i2×185×0.85-0.5×0.7≈8.24（mm）＞實(shí)測(cè)最小厚度5.2mm，不符合要求。根據(jù)GB150.3-2011第5.4.2受內(nèi)壓蝶形封頭最大允許工作壓力計(jì)算公式[PW]=2[σ]t準(zhǔn)δehMRi+0.5δeh式中：[PW]—最大允許工作壓力，MPa；δeh—此處為實(shí)測(cè)最小壁厚，mm；[σ]t—此處以測(cè)得的最小壁厚查得，MPa。δeh為測(cè)得最小壁厚5.2mm，[σ]t以實(shí)測(cè)最小壁厚查鋼板許用應(yīng)力GB150.2-2011表2碳素鋼和低合金鋼板許用應(yīng)力中Q345R（3~16mm，≤20~100℃，189MPa）為189MPa（設(shè)計(jì)溫度70℃），因此代入式中得出[PW]≈0.45MPa，小于計(jì)算壓力0.7MPa，不符合要求。

樹脂塔筒體厚度及其最大使用壓力均符合要求，經(jīng)除銹打磨后涂刷防銹漆可正常使用。而蝶形封頭的計(jì)算厚度及最大使用壓力雖然均不符合計(jì)算要求，但實(shí)際上該塔上封頭在正常運(yùn)行中未發(fā)生任何的變形及斷裂，說(shuō)明實(shí)際使用中目前最薄厚度符合要求。16MnR（Q345R）的屈服強(qiáng)度為345MPa，上封頭剩余壁厚5.2mm查出的許用應(yīng)力約為189MPa（70℃），其安全系數(shù)應(yīng)為n=σS[σ]t=345MPa189MPa≈1.83（一般在靜載荷下，塑性材料安全系數(shù)取1.2~2.5），因此如果拋開(kāi)安全系數(shù)，上封頭最小壁厚應(yīng)為δmin=8.241.83≈4.5mm，即在設(shè)計(jì)壓力下產(chǎn)生塑性變形的最小壁厚。這就是為什么實(shí)測(cè)剩余壁厚小于計(jì)算出的最小壁厚，設(shè)備還能正常運(yùn)行而不產(chǎn)生變形或斷裂的原因。但從設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度考慮，仍需對(duì)上封頭剩余壁厚小于8.24mm的區(qū)域做貼補(bǔ)加強(qiáng)。

4維修方案

（1）塔內(nèi)注滿純水，將需貼補(bǔ)焊接的上封頭區(qū)域打磨清除干凈，貼補(bǔ)采用6mm厚Q345R鋼板，按上封頭（剩余壁厚小于8.24mm的區(qū)域）加工成型，然后分割成若干塊，兩兩相焊的鄰邊打磨倒V型坡口，采用對(duì)接焊，焊接電流不宜過(guò)大，防止燒壞內(nèi)部襯膠；

（2）排純水至分布器以下，打開(kāi)上封頭人孔入內(nèi)檢查被貼補(bǔ)的襯里層（4mm厚低鈣鎂橡膠）是否有損壞，采用電火花檢測(cè)儀檢測(cè)，因襯膠層使用多年，建議掃描電壓控制在6000V左右，以產(chǎn)生電火花或報(bào)警判定是否合格。如合格，封閉人孔，打磨貼補(bǔ)處焊渣焊瘤及鋼板表面除銹，除銹等級(jí)不低于St2，然后涂刷防腐涂料備用；

（3）如貼補(bǔ)處內(nèi)部襯膠燒壞，割除破損膠皮，打磨切口不大于30°，露出的鋼材基體打磨除銹，要求達(dá)到St3級(jí)。貼補(bǔ)的自硫化低鈣鎂膠（4mm）及金屬基體涂刷粘結(jié)劑，待晾干不粘手后貼補(bǔ)，用壓輥反復(fù)壓實(shí)，然后再覆蓋一層自硫化低鈣鎂膠（4mm），要求全部包覆修補(bǔ)處，以保證修補(bǔ)的可靠性；

（4）最后進(jìn)行電火花檢測(cè)，檢測(cè)電壓3000V/mm，以不產(chǎn)生電火花報(bào)警為合格。

5結(jié)語(yǔ)

由于以往在使用中樹脂塔外殼全部采用巖棉保溫，保溫層防水密封性查，如有物料泄漏及雨水滲入堆積，容易造成塔體局部腐蝕，現(xiàn)全部拆除。鑒于一期樹脂塔出現(xiàn)的狀況，需著手檢查二期離子交換樹脂塔外觀使用情況。另外由于塔體減薄較多，雖然核算后符合要求，但需加強(qiáng)監(jiān)管力度，定期檢查筒體外觀、壁厚等，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

作者:顏鵬 任科恩 單位:寧波鎮(zhèn)洋化工發(fā)展有限公司