超高压反应器的安全评定与检测.doc

1 前言 本厂装置的超高压管式反应器，的经验表明：超高压内管在长期使用中有可能会因外表面的腐蚀诱发裂纹最终导致泄漏。目前装置的超高压反应器已经使用了15年，内管外表面目前的腐蚀状况如何？ 另外反应器的内管在制造时为了提高抗疲劳能力，曾对其进行自增强处理，使其内壁产生较高的压缩残余应力，此残余应力和正常操作时由内压和温差产生的应力叠加，可使反应管内壁处于较低应力水平。但随着运行期间的增加，自增强产生的残余应力由于多种原因会逐步衰减。现在反应管已运行15年，残余应力衰减后对反应管的继续安全使用有多大影响？ 进行下述内容的试验研究： 1） 选取一套冷却器的一根超高压管做外套管局部解剖后，对内管表面进行检查（包括表面腐蚀形貌、超声波测厚、表面硬度、表面金相复膜）。检查完成进行液压试验。了解冷却器内管外表面的腐蚀状况。选取工况条件最为苛刻的一根管子作为代表，以得到偏保守的结果。 2） 应用解析法、轴对称有限元法和三维有限元法对1套超高压管式反应器和3套超高压管式冷却器分别进行应力分析和强度校核。作为安全评价的依据。 3） 对套管冷却水质、超高压内管外壁水垢和腐蚀产物进行分析。分析内容包括水中的O-、Cl-含量及pH值以及腐蚀产物的主要组分。 4） 依据材料损伤累积原理对反应管进行寿命估算，并假设已存在微裂纹的情况下依据该类材料的疲劳裂纹扩展速率估算剩余寿命，为安全评价提供依据。 5） 根据检测和研究需要，进行同种材料的小试样试验。包括材料的理化、力学性能和断裂韧性等等。 6） 对设备进行安全评估。综合上述各项研究结果，对设备继续运行给出安全性评价意见。 2 检验结果 2.1现场检验结果 2.1.1外观检验 （1）反应管 外观目视检查发现反应管的外壁有轻微的均匀锈蚀和少许点蚀，内壁光滑未见腐蚀产物。 （2）冷却管外观目视检查发现冷却管的外壁有明显的均匀锈蚀和点蚀，内壁与反应管相似。 2.1.2 超声波测厚 现场超声波测试见图2.6 ,测厚仪型号为LA-30 ,测量数据见表2.1~2.2。 表2.1 反应管壁厚的测量数据 测量方向 测点编号2# 测点编号3# 测点编号4# 0o 29.4 mm 28.9 mm 29.6 mm 90o 29.2 mm 29.2 mm 29.1 mm 180o 29.8 mm 29.4 mm 29.3 mm 270o 29.5 mm 29.6 mm 29.7 mm 平均值 29.5 mm 29.3 mm 29.4 mm 注: 测量方向以管子从左到右看，进水口法兰朝上，最上为，逆时针依次为，，。 表2.2 冷却管壁厚的测量数据 测量方向 夹套开口位置编号2# 夹套开口位置编号3# 夹套开口位置编号4# 0o 11.3 mm 10.4 mm 10.6 mm 90o 11.4 mm 11.3 mm 11.3 mm 180o 11.7 mm 11.5 mm 11.3 mm 270o 11.6 mm 11.5 mm 11.5 mm 平均值 11.5 mm 11.2 mm 11.2 mm 注: 测量方向以管子从左到右看，进水口法兰朝上，最上为，逆时针依次为，，。 2.1.3表面硬度测量 硬度计型号为HLN-11 ,测量数据见表2.3~2.4。 表2.3 反应管外表面硬度（HL）测量数据 测量位置测量次数 2# 3# 4# 1 613 613 610 2 607 581 571 3 611 597 622 4 618 602 621 5 604 614 6 582 622 平均值 606 598 610 换算HB 327 316 332 表2.4 冷却管外表面硬度（HL）测量数据 测量位置测量次数 2# 3# 4# 1 539 556 576 2 497 567 576 3 564 561 576 4 522 527 5 512 532 6 516 534 平均值 533 540 534 换算HB 292 299 292 2.1.4表面金相检验 现场分别取超高压反应管和冷却管各一根，每根超高压管各取二点，进行表面金相检验，表面金相检验采用复膜法进行。检验的超高压管。 对超高压管外壁进行打磨、抛光并用4%硝酸酒精浸蚀，清洗后采用醋酸纤维复膜，固化后取下，在光学显微镜下进行观察。 图2.9 反应管表面金相组织（点2） 图2.10 反应管表面金相组织（点1） 图2.11 冷却器管表面金相组织（点1） 图2.12 冷却器管表面金相组织（点2） 检验结果显示，反应管和冷却管外表面金相组织均为回火索氏体+铁素体。 2.1.5 压力试验 根据“聚乙烯装置超高压容器及管道安全技术规程”的要求，对冷却器管进行压