?? 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，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)量從個別發(fā)展到十幾個，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。利用系統(tǒng)停車機(jī)會，通過對該塔產(chǎn)生裂紋的原因分析，對其進(jìn)行了一系列處理，使用一年，效果良好，至今未見有新裂紋的產(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均布條形塔盤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間以后在升氣帽外塔壁環(huán)形區(qū)域開始產(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。從打磨裂紋的過程中，發(fā)現(xiàn)這些裂紋均為自內(nèi)向外的穿透性裂紋，且呈樹枝狀分叉，為典型的應(yīng)力腐蝕裂紋。
??? 應(yīng)力腐蝕開裂是化工工廠最常見的一種腐蝕方式，它的特點(diǎn)是有一定的滯后性，一般是在設(shè)備投用一段時間后開始發(fā)生。目前研究認(rèn)為，應(yīng)力腐蝕開裂是敏感金屬，合金在一定應(yīng)力（外力及制造過程中的殘余應(yīng)力）和一定腐蝕介質(zhì)環(huán)境（有時甚至是水中）共同作用下產(chǎn)生的一種特殊的斷裂方式，雖然目前對其發(fā)展的機(jī)理有各種說法，沒有確切的結(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，就會發(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，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)過足夠長的時間，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)力腐蝕開裂。
??? 2、應(yīng)力
??? 制造應(yīng)力：該容器制造時間為元—2月份，正值冬季，16MnR材質(zhì)為缺口敏感性材質(zhì)，施焊過程中，特別在隆冬季節(jié)，16MnR焊接時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，均采取焊前預(yù)熱，焊中控制層間溫度及焊后熱處理來保證其焊接質(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，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)上來看，該段塔體由下自上上升的氣體必須經(jīng)過升氣帽中心管φ950，然后經(jīng)罩帽改變方向向下沖向塔盤液面，與自上而下的軟水形成稀氨水，在這個過程中，自上而下的氣體由原來的φ3000直徑均布上升經(jīng)氣帽以后變成經(jīng)過φ1400/φ950的狹窄環(huán)形通道沖向塔盤，使得塔盤液位上形成一個環(huán)形的局部沖擊力，從而惡化了塔盤的受力狀況，沖擊也對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，還受到來自氣體對塔盤的沖擊力的影響。
??? 由此可見，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。