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新技術(shù)讓化工設(shè)備告別應(yīng)力腐蝕

2019-06-12 10:08:45 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：中國(guó)石化新聞網(wǎng) 分享至：

"應(yīng)用這種新技術(shù)以來(lái)，乙二醇裝置的10多臺(tái)不銹鋼設(shè)備，10多年來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)新的裂紋！”5月21日，揚(yáng)子石化烯烴廠設(shè)備管理科科長(zhǎng)、原乙二醇車(chē)間設(shè)備副主任倪東原介紹，該公司憑借自主研發(fā)的一種新技術(shù)，有效避免了不銹鋼設(shè)備的應(yīng)力腐蝕，大幅提升了設(shè)備的安全可靠性，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，避免了非計(jì)劃停車(chē)。

這究竟是一種什么神奇先進(jìn)的技術(shù)呢？原來(lái)，這就是前不久榮獲2018年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)的先進(jìn)技術(shù)——揚(yáng)子石化與南京工業(yè)大學(xué)、常州大學(xué)等高校聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“特種表面沖擊強(qiáng)化抗應(yīng)力腐蝕與疲勞技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目。

外行人很難明白這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的重大意義，但是對(duì)于許多化工企業(yè)而言，這項(xiàng)技術(shù)有效避免了裝置上不銹鋼設(shè)備的應(yīng)力腐蝕。

應(yīng)力腐蝕的根源

什么是應(yīng)力，什么是應(yīng)力腐蝕，估計(jì)很多人都搞不清楚。倪東原舉了一個(gè)生活中常見(jiàn)的事例。

夏季吃西瓜，很多人都遇到過(guò)這樣的情況。拿刀輕輕的一碰，西瓜就會(huì)炸開(kāi)。西瓜“炸開(kāi)”的原因是瓜皮中存在較大的“應(yīng)力”。而對(duì)于化工設(shè)備來(lái)說(shuō)，當(dāng)材料被腐蝕再遇上應(yīng)力時(shí)，就有可能發(fā)生材料開(kāi)裂。

該項(xiàng)目的主要參與者之一、揚(yáng)子石化烯烴廠黨委書(shū)記、原烯烴廠設(shè)備副總工程師史永紅解釋說(shuō)，應(yīng)力腐蝕是指設(shè)備材料在腐蝕介質(zhì)和一定的應(yīng)力共同作用下，產(chǎn)生的以裂紋為主要破壞形態(tài)的腐蝕。發(fā)生應(yīng)力腐蝕需同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)條件：一是材質(zhì)因素，其中奧氏體不銹鋼是發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的高度敏感材料；二是環(huán)境因素，一定要有腐蝕介質(zhì)，包括酸、堿、氯離子等；三是一定要有應(yīng)力作用，這種應(yīng)力必須是拉應(yīng)力，而通常情況下，壓應(yīng)力不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，設(shè)備在制造過(guò)程中，都會(huì)在焊縫、封頭等處留有殘余的拉應(yīng)力。三個(gè)條件必須同時(shí)存在，才能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。也就是說(shuō)，只要去掉其中的任何一個(gè)條件，就會(huì)消除應(yīng)力腐蝕。

升級(jí)設(shè)備材質(zhì)，費(fèi)用高昂；由于工藝技術(shù)的因素，腐蝕介質(zhì)很難避免，因此，減低或消除殘余拉應(yīng)力是防止發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的常用方法。

此項(xiàng)獲獎(jiǎng)的新技術(shù)，在防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂方法上另辟蹊徑，通過(guò)采用玻璃噴丸技術(shù)、超聲波技術(shù)、激光技術(shù)的物理沖擊，在設(shè)備金屬表面產(chǎn)生薄薄的“壓應(yīng)力金屬層”，這個(gè)“壓應(yīng)力金屬層”本身不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，同時(shí)，它又是設(shè)備金屬材料內(nèi)部與腐蝕環(huán)境之間的“防腐隔離層”，這樣，即便設(shè)備材料內(nèi)部仍有殘余拉應(yīng)力，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂也不會(huì)發(fā)生。

聯(lián)合開(kāi)展攻關(guān)

在揚(yáng)子石化乙二醇裝置，環(huán)氧乙烷精制單元和乙二醇精制單元的壓力容器材質(zhì)均為奧氏體不銹鋼，其中包括7效乙二醇蒸發(fā)器，兩臺(tái)環(huán)氧乙烷精制塔，此前，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂在這些設(shè)備上經(jīng)常出現(xiàn)。

揚(yáng)子石化烯烴廠設(shè)備管理科科長(zhǎng)倪東原說(shuō)，特別是在乙二醇蒸發(fā)器的下封頭環(huán)焊縫熱影響區(qū)，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂集中產(chǎn)生。當(dāng)裝置停車(chē)大修進(jìn)行壓力容器檢測(cè)時(shí)，通過(guò)著色探傷，在乙二醇蒸發(fā)器下封頭環(huán)焊縫熱影響區(qū)發(fā)現(xiàn)密密麻麻的縱向微裂紋。而裂紋是壓力容器不允許存在的嚴(yán)重缺陷和安全隱患，必須要消除。而消除這些裂紋卻是一件棘手的難題，有時(shí)必須將缺陷部件局部更換或?qū)⒃O(shè)備整臺(tái)更換。

為此，從2005年開(kāi)始，揚(yáng)子石化聯(lián)合南京工業(yè)大學(xué)等高校開(kāi)展了科研攻關(guān)。通過(guò)玻璃噴丸等技術(shù)的研究和應(yīng)用，來(lái)指導(dǎo)乙二醇不銹鋼蒸發(fā)器等不銹鋼設(shè)備制作和維修，預(yù)防焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂發(fā)生，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

針對(duì)上述問(wèn)題，課題組開(kāi)發(fā)了焊接接頭特種噴丸（玻璃噴丸、超聲波噴丸、激光噴丸）抗應(yīng)力腐蝕斷裂技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)在焊接接頭表面產(chǎn)生納米晶粒及壓應(yīng)力層，從根本上解決了化工裝置應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題，并具有工藝簡(jiǎn)單、高效、環(huán)保和低成本的特點(diǎn)。

課題組通過(guò)理論、模擬和試驗(yàn)研究，揭示焊接接頭及其特種噴丸處理和應(yīng)用中的規(guī)律，指導(dǎo)噴丸新工藝的開(kāi)發(fā)及優(yōu)化，解決化工設(shè)備抗應(yīng)力腐蝕難題。

目前，三種技術(shù)都在應(yīng)用，各有特色。玻璃噴丸技術(shù)效率高，操作方便，適合大面積處理，但是裝置現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法使用，只能在設(shè)備制造廠家使用，主要應(yīng)用于新設(shè)備；超聲波噴丸綠色、高效、易操作，壓應(yīng)力層深，適合于裝置現(xiàn)場(chǎng)處理；激光噴丸是一種非接觸沖擊方法，適合鋯、鈦等特種材料處理。因此，可以根據(jù)待處理設(shè)備的材料、處理要求選擇合適的噴丸工藝。

新技術(shù)成效顯著

目前，揚(yáng)子石化乙二醇裝置新制造的不銹鋼設(shè)備均是采用的噴丸技術(shù)，在設(shè)備出廠安裝之前，做一次噴丸。乙二醇裝置更換的3臺(tái)乙二醇蒸發(fā)器等新設(shè)備采用的就是噴丸技術(shù)。其他裝置現(xiàn)場(chǎng)的老設(shè)備，采用的則是超聲波和激光技術(shù)。

史永紅詳細(xì)介紹了新技術(shù)的好處。首先，新技術(shù)提高了設(shè)備的安全性能，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，特別是有效減少了非計(jì)劃停車(chē)。

2005年以來(lái)，乙二醇裝置多臺(tái)更新的不銹鋼設(shè)備在制造階段均應(yīng)用了玻璃噴丸技術(shù)，這些設(shè)備至今未出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕，未出現(xiàn)開(kāi)裂情況；2012年對(duì)3臺(tái)乙二醇蒸發(fā)器應(yīng)用超聲波噴丸技術(shù)，這3臺(tái)設(shè)備至今也未再發(fā)生應(yīng)力腐蝕，未出現(xiàn)裂紋，設(shè)備使用壽命延長(zhǎng)至今。

同時(shí)，新技術(shù)還節(jié)省了很多費(fèi)用，包括設(shè)備制造費(fèi)用、檢修費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等等。以3臺(tái)更換的乙二醇蒸發(fā)器為例，相對(duì)于升級(jí)材質(zhì)，通過(guò)采用噴丸技術(shù)，3臺(tái)設(shè)備僅制造費(fèi)用就節(jié)省336萬(wàn)元。

記者了解到，目前，這種新技術(shù)還在揚(yáng)子石化的PTA、醋酸等裝置的蒸發(fā)器、攪拌軸、換熱器等不銹鋼設(shè)備得到了應(yīng)用，保證了揚(yáng)子石化化工裝置的安全運(yùn)行。

記者也從南京工業(yè)大學(xué)了解到，該科研項(xiàng)目獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利15件，發(fā)表論文67篇，其中SCI收錄43篇。成果已經(jīng)應(yīng)用于揚(yáng)子石化、瀘天化、江蘇通宇等多家大型企業(yè)的乙二醇、大化肥等關(guān)鍵裝備以及離心壓縮機(jī)渦輪、輸氣管道等核心設(shè)備，極大提高了設(shè)備安全性能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。該項(xiàng)技術(shù)具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有很大的推廣價(jià)值。

此外，記者也從揚(yáng)子石化設(shè)備處了解到。近年來(lái)，揚(yáng)子公司大力開(kāi)發(fā)和引進(jìn)“四新”技術(shù)，努力提高設(shè)備的可靠性。近年來(lái)，該公司應(yīng)用了法蘭零泄漏零熱緊、廢熱鍋爐在線(xiàn)機(jī)械修復(fù)、油霧潤(rùn)滑等新技術(shù)，有效提高了設(shè)備的安全性能，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，有效預(yù)防了事故發(fā)生。同時(shí)，該公司以副總經(jīng)理牽頭，組織開(kāi)展“四新”技術(shù)應(yīng)用情況專(zhuān)題總結(jié)分析，也為成熟技術(shù)的推廣應(yīng)用起到了決策引領(lǐng)作用。

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