炼油厂应力腐蚀开裂.docx
- 文档编号:24748716
- 上传时间:2023-06-01
- 格式:DOCX
- 页数:51
- 大小:2.22MB
炼油厂应力腐蚀开裂.docx
《炼油厂应力腐蚀开裂.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《炼油厂应力腐蚀开裂.docx(51页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
炼油厂应力腐蚀开裂
摘要
近年来,炼油厂液化石油气在工业和人民生活中得到日益广泛的应用,储运炼油厂液化石油气的炼油厂液化石油气储运罐车不断增加。
随着我国石化企业逐年增加进口高含硫原油的加工,致使炼油厂液化石油气所含硫化氢腐蚀介质的增加,对炼油厂储运设备造成腐蚀及应力腐蚀日益严重的现象,引起了人们的重视和关注。
本文通过对炼油厂液化石油气储运罐车结构及受力分析、说明它的失效形式主要是腐蚀和腐蚀疲劳,引起失效的主要因素是腐蚀;通过对罐体出现裂纹及鼓泡现象的分析,提出炼油厂液化石油气储运罐车腐蚀主要形式是湿H2S环境引起的材料应力腐蚀来阐述炼油厂应力腐蚀开裂的基本原理及过程.开裂(SSCC)和氢鼓泡(HB),对炼油厂液化石油气储运罐及炼油厂各储罐的影响,最大的腐蚀是湿的H2S环境引起的材料应力腐蚀开裂,通过对炼油厂液化石油气储运罐车湿的硫化氢应力腐蚀的机理、特征进一步分析,提出了焊接残余应力、硫化氢浓度、环境温度、材料因素和设计结构是影响应力腐蚀的主要因素;提出防护和控制炼油厂液化石油气储运罐车的应力腐蚀应从设计、制造及使用管理等三个方面着手。
设计方面选材应合理,避免结构的应力集中;制造方面应严格控制所用材料的质量,制定成熟合理的焊接工艺,减小焊接残余应力,严格控制制造质量;使用管理方面应控制硫化氢浓度,降低介质的腐蚀性,加强维护管理。
为设计、制造及使用管理等三方面提供了防护和控制炼油厂液化石油气储运罐车应力腐蚀的见解。
关键词:
炼油厂液化石油气储运罐车;应力腐蚀:
硫化氢
Abstraet
InrecentyearsLPGhasbeenbroadlyusedinindustryandcivilareawhichleadstocontinuousincreasingofrailtankcartransporting&storingLPCx.Theincreaseofprocessingimportedhigh-sulfurcrudeoilyearafteryearthatresultsintheincreaseof’erosionmediumassulfuratedhydrogenwhichleadstoincreasingcorrosioninstorageequipmentshasdrawnseriousnoticeandmuchattention.
ThroughexplanationofLPGrailtankcarstructureandstressanalysesandanalyzingcrackonthetank&bulbphenomenon,thepaperstatesthatstresscorrosiononrailtankcarmainlycomesfromstresscorrosioncrackoccurredaroundtheweldinglineonmaterialinhumidsulfuratedhydrogenenvironment.ThemainformisHBandSSCC.ThroughfurtheranalysesoftheoryandcharacteristicsinstresscorrosionofSulfuratedhydrogeninLPGontankbody,theauthorpresentsmainfactorsthataffectstresscorrosionsuchasremainedweldingstress,concentrationofSulfuratedhydrogen,ambienttemperature,materialanddesignedstructureandthreeaspects(design,manufacture,operationmanagement)fromwhichtoresistandcontrolcorrosionstress.Materialchosenindesignshouldbereasonabletoavoidstressconcentration.Materialcontrolinmanufactureshouldbestrictandweldingprocessshouldbefeasibleandreasonabletodecreaseremainedweldingstress.ControllingconcentrationofSulfuratedhydrogen,lesseningcausticityinmediuminmanagementshouldbestrengthened.TheauthorprovidessolutionsforresistingandcontrollingstresscorrosionanLPGrailtankcarfromdesign,manufactureandoperationmanagement.
Keyword:
LPGRailtankcar;Stresscorrosion;Sulfurated
目录
第1章绪论……………………………………………………....1
1储运罐车的使用情况…………………………………….…1
1.2课题的选择……………………………………….…….2
1.3章的主要内容……………………………………….…….3
第2章炼油厂石油气储运罐车的基本概况…………..……4
2.1液化石油气储运罐车的基本结构……………………..4
2.2石油气储运罐车的受力状况………………...….6
2.3液化石油气储运罐车的设计、制造准则………………..6
2.3.1石油气储运罐车的设计、制造准则……………..…...7
2.3.2选用准则…………………………………….……...…...7
2.3.3设计遵循的准则……………………………….…...…...8
2.3.4焊接结构形式…………………………………………...9
2.4的常见缺陷及危害…………………………………..…….10
2.4.1在的常见缺陷……………………………….…...……..10
2.4.2焊接存在的常见缺陷的危害…………………...….…..12
2.5液化石油气储运罐车罐体的失效形式………………..…...12
2.6小结……………………………………………….…….…...12
第3章炼油厂油气储运罐车的腐蚀………………...….…...13
3.1液化石油气储运罐车罐体裂纹成因分析…….………........13
3.1.1试验结果………………………………………....……..13
3.1.2裂纹表面及横截面的显微组织分析………...………...14
3.1.3子探针能谱及波谱分析………………….…….……14
3.1.4罐中允许装介质分析.................................................16
3.1.5分析...........................…………………….…….……16
3.2炼油厂油气储运罐车罐体内壁鼓泡成因分析…...……....17
3.2.1鼓泡宏观检查及抽样分析………………….….……17
3.2.2鼓泡成因分析………………………………..………19
3.3炼油厂石油道罐车的腐蚀………………………....……...19
3.3.1液化石油气储运罐车腐蚀的形式…………….….…19
3.3.2液化石油气储运罐车应力腐蚀腐蚀的形式..….….20
3.3.3液化石油气储运罐车应力腐蚀腐蚀的特点….…...20
3.3.4.石油气储运罐车应力腐蚀腐蚀的机理……….….21
3.4本章小结……………………………………………….....21
第4章炼油厂液化石油气储运罐车应力腐蚀的影响因素..22
4.1环境因素对应力腐蚀的影响……………………………..22
4.1.1H2S浓度对应力腐蚀的影响………………………..22
4.1.2环境温度对应力腐蚀的影响………………………22
4.1.3PH值对应力腐蚀的影响…………………………..22
4.1.4介质中其它成分的影响……………………………22
4.2材料因素对应力腐蚀的影响……………………………..23
4.2.1钢的化学成分对应力腐蚀的影响………………….23
4.2.2热处理和显微组织对应力腐蚀的影响…………….24
4.2.3材料强度和硬度对应力腐蚀的影响……………….24
4.2.4焊缝硬度对应力腐蚀的影响………………………24
4.2.5材料表面状态对应力腐蚀的影响.............................24
4.3应力对应力腐蚀的影响…………………………………..24
4.3.1工作应力对应力腐蚀的影响……………………….25
4.3.2焊接残余应力对应力腐蚀的影响.............................25
4.3.2冷加工残余应力对应力腐蚀的…………………….26
4.4焊缝缺陷对应力腐蚀的影响…………………………......27
4.5本章小结…………………………………………………..27
第5章炼油厂液化石油气储运罐车的应力腐蚀预防………28
5.1设计方面………………………………………………….28
5.1.1.合理选材…………………………………………….28
5.1.1.1强度和硬度控制………………………………….28
5.1.1.2化学成分控制………………………………….….28
5.1.1.3金相组织的控制……………………...……...……29
5.1.2结构设计合理、避免应力集中…………………….29
5.2生产制造方面…………………………………………….30
5.2.1容器材料质量的控制……………………………….30
5.2.2降低焊缝及热影响区硬度,减小焊接残余应力.....30
5.2.3严格控制制造质量减少残余应力………………….33
5.3使用管理方面…………………………………………….34
5.3.1降低介质的腐蚀性………………………………….34
5.3.2加强维护管理……………………………………….34
5.4本章小结……………………………………………..34
结论………………………………………………………..35
致谢………………………………………………………..36
参考文献…………………………………………………..37
第一章绪论
1.1储运罐车的使用情况
储运罐车是我国运输石油、化工产品和原料的主要运输工具,具有装载量大、运输手段灵活与运输成本低廉等特点。
广泛应用于石油和化学工业、航天航空工业、电子与机械工业、食品与烟草工业、医疗等许多领域,特别是近几年来,我国加快城市燃气化的步伐和加大环境保护的力度,储运罐车特别是炼油厂液化石油气储运罐车的需求量迅速增加。
炼油厂液化石油气储运罐车是专门运输丙烷、丙烯和炼油厂液化石油气体(指丙烯、丙烷、丁烯、丁烷、丁二烯中两种或两种以上的混合物)的储运罐车,运输的是易燃、易爆以及有毒的危险介质,属于移动式压力容器三大类别之一。
在国民经济迅速发展过程中炼油厂液化石油气储运罐车起着非常重要的作用。
我厂作为炼油厂液化石油气储运罐车的设计、制造、定期检验和修理单位,对每年定期检验和修理的储运罐车都进行统计。
从九十年代到现在,定期检验和修理的2346台炼油厂液化石油气储运罐车,经按“在用压力容器检验规程”检验,其安全状况等级如表1一1所示。
表1-1石油液化气储运罐的安全状况等级表
从表1中可以看出,安全状况等级为1级和2级的炼油厂液化石油气储运罐车的罐体占86.10%,属于监控使用的4级和5级容器只占0.27%。
因此,炼油厂液化石油气储运罐车的总体安全状况良好,但是隐患依然存在。
其一是安全状况为3级(有的为2级)的炼油厂液化石油气储运罐车的罐体未必真正安全;其二是0.27%的炼油厂液化石油气储运罐车的罐体一旦发生破坏,后果亦不堪设想[1]。
评为3级的炼油厂液化石油气储运罐车是由于设计和制造遗留的先天缺陷(包括结构不合理,错边量及棱角度超标,焊缝存在超标缺陷);评为4、5级的炼油厂液化石油气储运罐车是由于在使用中产生缺(包括腐蚀严重和强度不够、鼓泡、裂纹等)。
1990年以来,炼油厂液化石油气储运罐车报废的共有n台。
其中:
(l)结构不合理,且在使用过程中产生严重缺陷的1台;
(2)裂纹疲劳扩展破坏2台;
(3)应力腐蚀产生严重缺陷(或裂纹)的8台;从以上的数据和分析不难看出,虽然炼油厂液化石油气储运罐车罐体失效或安全状况下降的原因是多种多样的,但还是可以看的出,由于用材不当或结构不合理等原因,是罐体在使用过程中产生严重缺陷和变形的占2.94%,由于各种腐蚀引起减薄、穿孔及材质劣化占70.6%。
因此在使用中,因腐蚀、疲劳产生严重缺陷及材质劣化,是近年来炼油厂液化石油气储运罐车罐体失效的主要原因,(如图1一1)。
图1-1炼油厂液化石油气储运罐车失效的主要原因
1.2课题的选择
压力容器是比较容易发生破裂事故的一种设备,而炼油厂液化石油气储运罐车罐体是压力容器的一种。
从国内外的报道可知:
每年由于腐蚀所造成的经济损失,相当于一个国家国民经济总产值的1.25%一3.5%,因设备腐蚀而耗费的钢材约占钢总产量的24%一40%。
目前国外因设备腐蚀造成的生产事故约占全部事故的1/3以上,仅应力腐蚀断裂就占腐蚀事故的35%。
表1-2列举了美国和日本的部分调查结果[2]。
应力腐蚀断裂是化学工业、天然气与石油开采及加工工业、冶金工业、火电工业、核电工业等工业领域压力容器的最危险的损伤之一。
我国有关腐蚀及应力腐蚀断裂事故未做系统的统计和估算,但问题也是严重的,例如2.5万KW汽轮机末叶轮由于应力腐蚀而造成的叶轮开裂事故,原子反应堆的
热交换管由于应力腐蚀而发生严重泄漏事故,1979年我国某煤气公司炼油厂液化石油气厂的400m3炼油厂液化石油气罐因应力腐蚀断裂而引起爆炸,当场炸死30余人,重50多人,仅一次损失就达650万元之多等。
由腐蚀及应力腐蚀造成的经济损失是相当可观,这足以引起我们对腐蚀及应力腐蚀的重视。
近年来,炼油厂液化石油气在工业和人民生活中得到日益广泛的应用,由于炼油厂液化石油气储运罐车具有装载量大、运输成本低廉等特点,因此炼油厂液化石油气储运罐车需求不断增加,在炼油厂液化石油气运输中起着非常重要的作用。
由于它运输的是易燃、易爆以及有毒的危险介质,一旦其引发安全事故,都会给国财产和人民生命带来极大危害,社会影响极坏,且随着我国石化企业逐年增加进口高含硫原油的加工量,硫和硫化物对贮运装置压力容器的腐蚀及应腐蚀日益严重,对它们的安全运行造成极大的危害。
炼油厂液化石油气所含硫化氢腐蚀介质,对贮运装置压力容器造成腐蚀及应力腐蚀的现象,已经引起了人们的重视和关注。
因此,对炼油厂液化石油气储运罐车的腐蚀及应力腐蚀的控制是非常必要的。
通过对其的分析验证炼油厂腐蚀开裂原理及防护控制所以“炼油厂应力腐蚀开裂”作为我研究的课题。
1.3文章的主要内容
炼油厂液化石油气储运罐车适用的介质包括:
液氨、丙烯、丙烷及炼油厂液化石油气体(指丙烯、丙烷、丁烯、丁烷、丁二烯中两种或两种以上混合物)。
其充装、卸料、运输条件较为恶劣等特殊性,更易发生事故,还由于炼油厂液化石油气属于有毒易燃物品,在充装、卸料、运输中存在潜在的危险。
随着使用量的增加,诱发事故的可能性也在增加。
炼油厂液化石油气储运罐车经常出现的腐蚀形式是:
均匀腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀和氢鼓泡等[3、4、5、6、7、8]。
本文通过对炼油厂液化石油气储运罐车结构及受力的分析,说明它的主要失效形式是腐蚀和腐蚀疲劳;通过对炼油厂液化石油气铁罐车经常出现的裂纹及鼓泡现象的分析,提出炼油厂液化石油气储运罐车腐蚀主要是湿H2S环境引起的材料应力腐蚀开裂和鼓泡。
通过对硫化氢应力腐蚀的进一步分析,提出了防护和控制炼油厂液化石油气储运罐车的应力腐蚀措施,为设计、制造、使用和检修提供一些见解,能够减少设计、制造、使用和检修中一些不恰当方法。
第二章炼油厂液化石油气储运罐车的基本概况
2.1炼油厂液化石油气储运罐车的基本结构
炼油厂液化石油气储运罐车是用于运输炼油厂液化石油气、丙烷、丙烯等易燃、易爆危险品的专用储运罐车。
罐车采用有底架或无底架的结构形式(如图2-1、2-2所示)。
有底架的结构形式一般由底架、罐体装配、加排系统及安全附件、押运间、制动装置装配、内梯、外梯及车顶走板、车钩缓冲装置、转向架等部件组成;无底架的结构形式一般由牵枕装配、罐体装配、加排系统及安全附件、押运间、制动装置装配、内梯、外梯及车顶走板、车钩缓冲装置、转向架等部件组成由。
车辆l位端设有通过台,2位端装设押运间。
图2-1有底架炼油厂液化石油气储运罐车的基本结构图
图2-2无底架炼油厂液化石油气储运罐车的基本结构图
(1)底架
主要由中梁、枕梁、鞍座、端梁、侧梁、通过台栏杆及安装钩缓、制动装置所需的有关附属零部件组成。
中梁采用两根310乙字钢拼焊而成,侧梁采用通长侧梁。
(2)罐体
主要由筒体、封头、人孔颈、人孔法兰、安全阀座等部件组成。
一般情况下,罐体材质为16M瓦R,封头采用标准椭圆形封头。
(3)加排系统及安全阀件
根据有关规定设置液相阀、气相阀、液位计、最高液位检查阀、排净检查阀、压力表、温度计、手压泵、油路控制阀、工作油缸、手动紧急切断阀、安全阀等。
除两个安全阀外,其余的在人孔阀盖上安装。
(如图2一3所示)
(4)罐与底架连接
罐与底架连接由两部分组成:
一是上下鞍连接,二是带有弹性装置的卡带连接。
(5)车钩缓冲装置采用13号或17号车钩,TS缓冲器。
(6)制动装置
采用120型空气控制阀,STZ一250型闸瓦间隙调整器,链式手制动机,密封制动缸,球芯折角塞门,组合式集尘器,制动管法兰连接等。
满足车辆在运行中制动需求。
(7)押运间
主要由钢结构、防寒材、木结构、内部设施等组成。
押运间内设有通风器、灭火器、暖瓶架、应急灯、行李架、折叠铺等设施。
为押运人员提供了良好的押运条件,从而确保炼油厂液化石油气储运罐车的安全运行。
2.2炼油厂液化石油气储运罐车的受力状况
炼油厂液化石油气储运罐车是行驶在储运上的车辆,属于移动式压力容器。
这类压力容器除承受内压和外压作用外,在使用过程中还会频繁的受到冲击和震动,运行条件较为恶劣。
车辆在运行过程中承受的各种载荷及所产生的应力有以下几种
(l)压力载荷
同固定式炼油厂液化石油气储存压力容器一样,罐内炼油厂液化石油气在外界环境温度的作用下所产生的饱和蒸汽压力是罐体所承受的主要载荷。
该载荷使得罐壁上产生总体一次薄膜应力,它是确定罐体壁厚的最主要因素。
由于外界环境温度在不断变化,致使罐内承受的压力常常是波动的。
(2)质量载荷
质量载荷主要包括罐体本身自重、盛装介质质量、安全装置附件质量以及罐体外附件装置的质量。
(3)装卸载荷
炼油厂液化石油气储运罐车在装卸过程中,通常是利用泵和压缩机来完成的。
不论是用泵将炼油厂液化石油气输入罐内,或是用压缩机加压卸掉罐车内的炼油厂液化石油气,泵和压缩机都会对罐体产生装卸压力。
这种装卸压力使得罐壁产生总体一次薄膜应力。
(4)冲击载荷
罐车在行驶中紧急制动时,在惯性力的作用下,罐内液体对罐壁将产生附加冲击载荷,它使得罐壁产生总体一次薄膜应力。
(5)震动载荷
罐车在行驶过程中,由于车速过快加之道路不平整,造成车辆产生震动,这种震动载荷使得罐体与鞍座的连接部位以及鞍座附件与罐壁产生二次应
力。
(6)外压载荷
由于罐体在充装前或检修后都要进行抽空处理,抽真空时既要考虑罐体的冈Jl度,同时也要考虑罐体外压稳定性问题。
(7)水压试验载荷
按照有关规定,储运罐车的水压试验压力为设计压力的1.5倍,比一般固定式压力容器要高。
试验时对罐壁产生一次薄膜应力。
根据车辆运行中可能出现的载荷以及TB/T1335一19%所规定的工况和“最大可能组合”原则,用有限元分析软件对炼油厂液化石油气储运罐车进行应力分析计算可知,车辆运行中,车体最大应力出现在牵枕(或鞍座)与罐体连接处,罐体最大应力出现在筒体与人孔颈的连接处以及封头端部。
如图2一4所示。
由于每个型号辆车的结构不同,出现在每个型号车体及罐体的最大应力的值是不同,但是位置是相同。
2.3炼油厂液化石油气储运罐车的设计、制造准则
炼油厂液化石油气储运罐车是行驶在储运上的车辆,属于移动式压力容器。
罐体除承受内压和外压作用外,在使用过程中还会频繁的受到冲击和震动,运行条件较为恶劣,并且盛有易燃、易爆、有毒和腐蚀性介质。
因此在设计和制造方面都有一些不同于固定式压力容器的特殊要求。
其设计、制造与运行既要遵守压力容器的有关法规、标准,又要遵守铁路交通、运输、车辆制造等部门规定的有关标准及规定。
2.3.1炼油厂液化石油气储运罐车的设计、制造准则
液化气储运罐车在中遵守标准或有
GB15O一1998《钢制压力容器》
国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》
GB10478一1989《炼油厂液化石油气储运罐车技术条件》
化工部颁发的《炼油厂液化石油气储运罐车安全管理规程》
GB5599一1985《储运车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》
TB1335一1996《储运车辆强度设计及试验鉴定规范》
TBT/1560一1984《货车安全技术的一般规定》
HGS一1587一1985《炼油厂液化石油气槽车弹簧式安全阀》
BJ4708一20的《钢制压力容器焊接工艺评定》
BJT/4709一2000《钢制压力容器焊接规程》
BJT/47301一BJT/4730.5一2005《承压设备无损检测》
罐体结构设计中,除满足强度要求外,还应使结构设计及布置中避免过大的局部应力。
制造时选择合理的工艺,减少残余应力。
2.3.2罐体材料选用准则
炼油厂液化石油气储运罐车罐体所用材料一般规定,制造罐体主要受压元件的材料应符合GB150《钢制压力容器》第二章和附录A及附录C的有关规定,当对材料有特殊要求时,应在设计图样或相应的技术条件中注明。
制造罐体的钢板,有下列情况之一者,应逐张按JB4730《压力容器无损检测》中的规定进行超声波检测,合格级别为不低于Ⅲ级。
A.名义厚度大于等于20mm.盛装毒性程度为极度、高度危害介质;
C.设计图样要求作小于等于-20℃夏比(V型缺口)低温冲击试验;
D.材料标准中规定抗拉强度大于540MPa。
炼油厂液化石油气储运罐车的罐体所用材料符合以上A、B、C条,因此按JB4730《压力容器无损检测》中的规定应逐张进行超声波检测,合格级别为不低于Ⅲ级。
对于主要受压元件的焊接材料,应按JB/T4709《压力容器焊接规范》的规定进行选用,应有制造厂的合格证,并按规定对焊接材料进行复检并验收;材料生产单位必须保证材料质量,并按相应标准规定提供质量证书,质量证书的内容必须填写齐全,并经质量检验部门盖章确认,在规定部位做出清晰、牢固的标志。
炼油厂液化石油气储运罐车用钢选择必须同时考
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 炼油厂 应力 腐蚀 开裂