?? 一、概述
??? 綜合塔是中氮肥生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備之一，其設(shè)備狀態(tài)的好壞直接影響到生產(chǎn)的安全運(yùn)行，近年來(lái)，某化肥廠綜合塔從中部環(huán)形塔壁段相繼發(fā)現(xiàn)由內(nèi)向外的穿透性裂紋。數(shù)量從個(gè)別發(fā)展到十幾個(gè)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。利用系統(tǒng)停車(chē)機(jī)會(huì)，通過(guò)對(duì)該塔產(chǎn)生裂紋的原因分析，對(duì)其進(jìn)行了一系列處理，使用一年，效果良好，至今未見(jiàn)有新裂紋的產(chǎn)生。本文就綜合塔產(chǎn)生群裂紋的原因予以分析，并提出相應(yīng)的解決辦法。
??? 綜合塔由上下兩段組成，中間部分為一個(gè)大的升氣帽，升氣帽下部為付塔段，升氣帽以上塔體為回收清洗段，主要用從塔頂自上而下通過(guò)均布條形塔盤(pán)的軟水吸收自下而上的氣體中的氨氣，形成稀氨水（6-7%），稀氨水在升帽盤(pán)上形成一定的液位，然后從液封板旁塔壁上φ89×4的接管排出到綜合塔附屬設(shè)備液封槽。該塔在投用五年多時(shí)間以后在升氣帽外塔壁環(huán)形區(qū)域開(kāi)始產(chǎn)生穿透性裂紋，這些裂紋大多數(shù)聚集在液封板等內(nèi)件與塔壁相焊的母材上及環(huán)逢的T型焊結(jié)接頭及縱、環(huán)縫上。從打磨裂紋的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這些裂紋均為自?xún)?nèi)向外的穿透性裂紋，且呈樹(shù)枝狀分叉，為典型的應(yīng)力腐蝕裂紋。
??? 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是化工工廠最常見(jiàn)的一種腐蝕方式，它的特點(diǎn)是有一定的滯后性，一般是在設(shè)備投用一段時(shí)間后開(kāi)始發(fā)生。目前研究認(rèn)為，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是敏感金屬，合金在一定應(yīng)力（外力及制造過(guò)程中的殘余應(yīng)力）和一定腐蝕介質(zhì)環(huán)境（有時(shí)甚至是水中）共同作用下產(chǎn)生的一種特殊的斷裂方式，雖然目前對(duì)其發(fā)展的機(jī)理有各種說(shuō)法，沒(méi)有確切的結(jié)論，但現(xiàn)實(shí)使用中已證明，應(yīng)力腐蝕的主要特征一般先從容器內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋源，然后擴(kuò)展到容器外壁，即為由內(nèi)而外的穿透性裂紋，且發(fā)生位置主要集中在內(nèi)件與塔壁的焊結(jié)接頭。簡(jiǎn)體的縱、環(huán)縫，T型接頭以及筒體與封頭焊縫及其熱影響區(qū)。這些事實(shí)更進(jìn)一步證明綜合塔群裂紋就是應(yīng)力腐蝕引起的。
??? 應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的三大要素為應(yīng)力、介質(zhì)、材質(zhì)。那么，在整個(gè)塔體中，為什么裂紋只集中在升氣帽形帶上，這與應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理有什么關(guān)系？從以下幾個(gè)方面予以分析。
??? 二、原因分析
??? 1、材質(zhì)與介質(zhì)
??? 綜合塔材質(zhì)為16MnR，厚度為16mm，大量的實(shí)驗(yàn)及事實(shí)表明，一定的材質(zhì)在一定的介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，如，奧氏體不繡鋼在含CI-的水中，當(dāng)CI-濃度大于25MG/L時(shí)，就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕的傾向，16MnR材質(zhì)濃氨水中，硝酸鹽溶液，發(fā)生應(yīng)力腐蝕傾向更大。
??? 該段介質(zhì)為上升的碳化氣體被下降過(guò)程中的軟水所吸收，形成稀氨氣溶液（6—7%）和碳化氣尾氣，介質(zhì)本身的腐蝕性不強(qiáng)，但是，碳水氣尾中含有一定量的H2S氣體（75-100mg/L）也被吸收，形成濕H2S環(huán)境，大量實(shí)驗(yàn)及事實(shí)已證明，在濕H2S環(huán)境下，即使其含量很低，對(duì)于有應(yīng)力集中可能的實(shí)際結(jié)構(gòu)的壓力容器，特別是在制造、安裝時(shí)，遺留下很多微小冷裂紋或再生熱裂紋，有應(yīng)力梯度的容器，只要不斷補(bǔ)充H2S，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，一般為（3—6年），即可發(fā)生應(yīng)力腐蝕，所以該塔其裂紋的產(chǎn)生主要是由濕H2S引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。
??? 2、應(yīng)力
??? 制造應(yīng)力：該容器制造時(shí)間為元—2月份，正值冬季，16MnR材質(zhì)為缺口敏感性材質(zhì)，施焊過(guò)程中，特別在隆冬季節(jié)，16MnR焊接時(shí)由于有淬硬傾向及冷卻速度快而產(chǎn)生冷裂紋，一般焊接時(shí)，均采取焊前預(yù)熱，焊中控制層間溫度及焊后熱處理來(lái)保證其焊接質(zhì)量。綜合塔直徑為φ3000，塔高17000mm，如此巨大的設(shè)備在冬季很難達(dá)到施焊的環(huán)境溫度要求，也很難確保以上施焊措施的到位。從設(shè)備檔案中查出，該塔當(dāng)時(shí)從宏觀看，焊接質(zhì)量較差，主要反映在焊縫成型差，返修率高，返修處達(dá)40多處，Щ級(jí)片有6張，而升氣帽環(huán)形區(qū)域又是該塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的地方。焊接點(diǎn)多，地方狹小，施焊條件差，也是焊接質(zhì)量最難保證的地方，從上述情況可以看出，該塔在制造時(shí)，由于焊接質(zhì)量差，造成焊結(jié)應(yīng)力大，內(nèi)件拘束力大等因素，為以后產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕埋下了隱患。
??? 結(jié)構(gòu)應(yīng)力：從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，該段塔體由下自上上升的氣體必須經(jīng)過(guò)升氣帽中心管φ950，然后經(jīng)罩帽改變方向向下沖向塔盤(pán)液面，與自上而下的軟水形成稀氨水，在這個(gè)過(guò)程中，自上而下的氣體由原來(lái)的φ3000直徑均布上升經(jīng)氣帽以后變成經(jīng)過(guò)φ1400/φ950的狹窄環(huán)形通道沖向塔盤(pán)，使得塔盤(pán)液位上形成一個(gè)環(huán)形的局部沖擊力，從而惡化了塔盤(pán)的受力狀況，沖擊也對(duì)塔壁造成了很大的沖刷力，從而使該段塔體除了受到焊接殘余應(yīng)力及內(nèi)件間的拘束力，還受到來(lái)自氣體對(duì)塔盤(pán)的沖擊力的影響。
??? 由此可見(jiàn)，在應(yīng)力、材質(zhì)、介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕也就在所難免。