变压吸附器开裂原因分析及失效预防.pdfVIP

安全管理 变压吸附器开裂原因分析及失效预防 艾志斌，陈学东，李蓉蓉，潘建华，范志超 (合肥通用机械研究院国家压力容器与管道工程技术研究中心，安徽合肥230031) 摘要 变压吸附器(PSA)是制氢装置中的关键设备，在典型的疲劳工况下操作，设计使用 寿命一般为lO～15年。近年来，中国多家石化和煤化工企业的PSA氢提纯吸附器在仅投用3～ 4年、远未达到设计疲劳寿命的情况下即发生了筒体焊缝和母材大面积开裂甚至泄漏现象，造 成装置非计划停车并严重影响装置运行安全。根据对典型开裂案例的失效分析情况，结合对多 家石化企业百余台吸附器的设计和使用情况的调研结果，从疲劳设计、制造、使用、检验等环 节对造成吸附器开裂的主要影响因素进行了深入分析，从设计、制造、操作和在役检验等方面 提出了避免吸附器过早发生疲劳破坏的改进措施，为保障设备的长周期安全运行发挥了重要作 用。 关键词 变压吸附器 开裂失效分析疲劳制造缺陷 0引言 吸附器是制氢装置变压吸附技术中的关键设备，长期承受临氢环境下的疲劳载荷作用。近 年来，中国石化及煤化工行业制氢装置发生多起变压吸附器开裂失效事故，如大连某石化制氢 吸附器因焊缝开裂发生泄漏，内蒙古某煤制油分公司数台制氢吸附器在较短的时间间隔内相继 发生开裂泄漏(开裂部位包括筒体母材和外壁保温支撑圈缺口处角焊缝等)，天津某石化公司 多台吸附器使用一个周期(3年)后，全面检验时在简体环焊缝上发现多起超标缺陷。上述开 裂案例具有以下几个共同特点： (1)制造单位均是国内规模较小的地方压力容器制造企业； (2)均在投用3～5内即发生开裂； (3)开裂部位并不是设计中重点考虑的应力集中部位，而是在筒体的焊缝或母材上。 根据对典型开裂案例的失效分析结果，结合对中国多家石化及煤化工企业百余台吸附器的 设计和使用情况的调研结果，从疲劳设计、制造、使用、检验等环节对造成吸附器开裂的主要 影响因素进行了深入分析，提出了避免吸附器过早发生疲劳破坏的改进措施。 1 典型失效分析案例… 2012年6月，某石化分公司连续重整联合装置一台氢提浓(PSA)吸附器发生泄漏现象， 泄漏部位位于塔的简体上部的环焊缝上(见图1)，裂纹方向为轴向。该设备2008年6月投入 运行至发生泄漏时累计运行时间约3．5年。 59 。中国工业气体工业协会第二十三次会员代表大会暨sO一三年年会 设备主要技术参数如表1所示。 开裂部位 口 图1开裂部位示意 表l氢提浓吸附器主要技术参数 参数 数值 设计压力／MPa 2．97 工作压力／MPa 2．7 操作压力／MPa 0．03～2．6之间交变， 年交变次数为35000次 设计温度／C 70 最高工作温度／℃ 50 规格／mm 4)3800x13286x42 介质 重整尾气+氢气 材质 16MnR