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SCR煙氣脫硝中液氨儲(chǔ)罐的失效分析及防護(hù)

文檔作者：雷風(fēng)林文檔來(lái)源：中石化寧波工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年04月26日
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2017年6月第40卷第3期 Large Scale 六缸儆Nitrogenous Fertilizer IndustryJun．2017V01．40 No．3SCR煙氣脫硝中液氨儲(chǔ)罐的失效分析及防護(hù)雷風(fēng)林(中石化寧波工程有限公司，浙江寧波315103)摘要：液氨儲(chǔ)罐是選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝工藝中的主要設(shè)備。針對(duì)液氨特性，結(jié)合工程實(shí)際情況，分析液氨儲(chǔ)罐可能存在的危險(xiǎn)因素，提出制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收要求，并探討主要失效模式及預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：液氨儲(chǔ)罐應(yīng)力腐蝕失效模式燃煤煙氣中的煙塵、SO：、Nq等是造成大氣污染的主要源頭。隨著環(huán)保要求的提高，對(duì)這些污染物的處理已在大規(guī)模的開(kāi)展。其中NO。的脫除是煙氣治理的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。煙氣脫硝的主流技術(shù)是選擇性催化還原法(SCR)與選擇性非催化還原法(SNCR)。選擇性催化還原法脫硝效率可達(dá)90％以上．該SCR煙氣脫硝技術(shù)經(jīng)歷了30多年的研究發(fā)展與工程實(shí)踐．在技術(shù)上已發(fā)展成熟[1-2]。SCR脫硝工藝一般包括SCR反應(yīng)單元和氨儲(chǔ)存制備單元，還原劑(氨)以液體形態(tài)儲(chǔ)存于液氨儲(chǔ)罐中。液態(tài)氨在注入SCR系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)氣化，氣化的氨和稀釋空氣混合．通過(guò)噴氨格柵噴人SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應(yīng)器中催化劑的作用下將NO。還原成N2[2]。某電廠2x350 MW空氣冷卻機(jī)組項(xiàng)目。采用SCR脫硝工藝，其液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度為一33／50℃。設(shè)計(jì)壓力為2．16 MPa，結(jié)構(gòu)尺寸為DN3400minx6600rain，屬于Ⅲ類(lèi)壓力容器。該液氨儲(chǔ)罐外壁不設(shè)置保溫層。上部設(shè)置遮陽(yáng)棚。如果液氨儲(chǔ)罐超溫超壓．通過(guò)固定式噴淋冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行降溫降壓。以下對(duì)該液氨儲(chǔ)罐可能的腐蝕原因和部位、裝量系數(shù)和材料的選擇原則進(jìn)行分析。提出制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收要求，重點(diǎn)對(duì)主要失效模式及預(yù)防措施進(jìn)行探討。1液氨儲(chǔ)罐腐蝕原因及部位1．1產(chǎn)生腐蝕的原因在液氨充裝前沒(méi)有將罐內(nèi)的空氣及污物排除干凈、排料和檢修等過(guò)程中混入空氣、設(shè)備管道和閥門(mén)法蘭連接處密封不好以及通過(guò)管道帶入空氣等，都為應(yīng)力腐蝕的發(fā)生提供了所需的條件。無(wú)論是氣相或液相中氨、O：和N：(當(dāng)液氨中同時(shí)溶有N2時(shí)，由于N：與0：在滑移階上產(chǎn)生“競(jìng)爭(zhēng)吸附”，阻止部分裸露滑移階的再鈍化。從而增加鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性，詳見(jiàn)文獻(xiàn)[3])都能對(duì)碳鋼或低合金鋼構(gòu)成應(yīng)力腐蝕環(huán)境．再加上拉伸應(yīng)力的作用，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是液氨儲(chǔ)罐主要的失效形式。其腐蝕機(jī)理為：在液氨中所含的O：會(huì)吸附在鋼材表面形成氧化膜。但是金屬在受到外力或者殘余應(yīng)力的作用下．容易造成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。其反應(yīng)方程如下：陰極反應(yīng)：02+2NH4¨e一一呻20Hr+2NH3陽(yáng)極反應(yīng)：2Fe--j2Fe2++4e一整個(gè)反應(yīng)：02+2NHg+2Fe--}2Fe2++20H-+2NH3液氨儲(chǔ)罐的應(yīng)力腐蝕與儲(chǔ)存的溫度有直接的影響，對(duì)于碳鋼在一5℃時(shí)是不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕的。在0℃以上時(shí)容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。這主要是由于溫度會(huì)影響電化學(xué)腐蝕過(guò)程．溫度的升高有利于液氨儲(chǔ)罐腐蝕的進(jìn)行．因此溫度也是影響應(yīng)力腐蝕的一個(gè)重要因素[41。1．2腐蝕發(fā)生的部位液氨儲(chǔ)罐很少因?yàn)椴牧暇鶆蚋g減薄致強(qiáng)度不足而引起失效．主要腐蝕是因?yàn)楹附淤|(zhì)量不高收稿日期：2017—02—23；收到修改稿日期：2017-03—27。作者簡(jiǎn)介：雷風(fēng)林，男，1984年出生，碩士研究生學(xué)歷，工程師，2010年畢業(yè)于鄭州大學(xué)化工過(guò)程機(jī)械專(zhuān)業(yè)．現(xiàn)在中石化寧波工程公司設(shè)備室從事壓力容器的設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話(huà)：0574—87975317：E-mail：leifl．snec@sinopec．corn。萬(wàn)方數(shù)據(jù)Z冱镅 2017年第40卷或者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理．導(dǎo)致應(yīng)力集中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕所致。應(yīng)力腐蝕所發(fā)生的部位一般是在[4]：①筒體環(huán)焊縫處，尤其是簡(jiǎn)體與封頭的環(huán)焊縫；②內(nèi)部支撐件與筒體焊接處．如液氨進(jìn)口內(nèi)伸管支撐處如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，存在應(yīng)力集中，就很容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕；③焊縫缺陷處。2裝量系數(shù)和材料的選擇2．1裝量系數(shù)液氨屬于液化氣體．膨脹系數(shù)非常大．是水的數(shù)十倍。如果液氨充滿(mǎn)整個(gè)容器。此時(shí)容器內(nèi)的壓力就不再是液氨的飽和蒸汽壓力．而是液氨的膨脹壓力。液氨在0。60 oc內(nèi)充滿(mǎn)整個(gè)容器時(shí)．其溫度每升高1℃．其壓力升高1．32。1．80 MPa[5]。此時(shí)如果液氨溫度升高3～5℃．液氨儲(chǔ)罐將因嚴(yán)重超壓而發(fā)生爆炸。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》‘s]規(guī)定，儲(chǔ)存液化氣體的壓力容器應(yīng)當(dāng)規(guī)定設(shè)計(jì)儲(chǔ)存量。裝量系數(shù)不得大于0．95，以保證足夠的氣相空間。液氨儲(chǔ)罐的充裝系數(shù)一般取為0．85。2．2材料的選擇材料的強(qiáng)度越高．發(fā)生應(yīng)力腐蝕的可能性越大。在綜合考慮操作壓力、殘余應(yīng)力以及安全經(jīng)濟(jì)性的情況下，應(yīng)盡可能選用強(qiáng)度較低的材料。材料的強(qiáng)度和使用狀態(tài)應(yīng)符合以下要求[，]：①材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度尺d。≤355MPa；②材料實(shí)測(cè)的抗拉強(qiáng)度R。。<630 MPa；③材料使用狀態(tài)應(yīng)為正火或正火+回火；④碳當(dāng)量不大于o．45；⑤板材、管材及鍛件熱處理后的硬度(單個(gè)值)不得超過(guò)200HB。綜合考慮．SCR脫硝工藝中的液氨儲(chǔ)罐設(shè)備主體材料選用16MnDR(正火)．鍛件選用16MnD(調(diào)質(zhì))，鋼管選用Q345E(正火)，鋼棒選用35CrMoA／30CrMoA(調(diào)質(zhì))。16MnDR鋼板應(yīng)符合GB 3531的規(guī)定．并應(yīng)按NB／T 47013．3逐張進(jìn)行超聲檢測(cè)，質(zhì)量等級(jí)應(yīng)不低于Ⅱ級(jí)。3制造、檢驗(yàn)及驗(yàn)收要求3．1焊接要求1)焊接材料應(yīng)符合NB／T 47018(承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件》的規(guī)定。在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的前提下，盡可能采用低強(qiáng)度焊接材料。2)對(duì)所有焊縫均應(yīng)按NB／T 47014進(jìn)行焊接工藝評(píng)定(包括對(duì)焊、補(bǔ)焊、堆焊、角焊等)。在焊接工藝評(píng)定所確認(rèn)的焊接線(xiàn)能量范圍內(nèi)，選用較小的焊接線(xiàn)能量．以多道施焊為宜。3)受壓件之間的焊接接頭必須全焊透：余高應(yīng)盡量減少，E類(lèi)焊接接頭應(yīng)為連續(xù)焊。焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制焊接線(xiàn)能量。焊接區(qū)域內(nèi)，包括對(duì)接接頭和角接接頭的表面，不得有裂紋、氣孔和咬邊等缺陷。4)容器上的A、B類(lèi)焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100％無(wú)損檢測(cè)。所有接管的B類(lèi)焊接接頭，不允許存在根部未焊透。焊后要求100％射線(xiàn)檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格。5)容器上的A、B、C、D、E類(lèi)焊接接頭表面、受壓元件上的工裝卡具、拉筋板等臨時(shí)附件拆除的焊痕表面、焊補(bǔ)前的坡I=I及焊補(bǔ)的表面以及電弧擦傷處．均應(yīng)按NB／T 47013．4進(jìn)行100％磁粉檢測(cè)，I級(jí)合格。6)受壓元件采用雙面焊接的對(duì)接接頭。焊縫清根應(yīng)將第一道焊縫徹底清除干凈．清根后的坡I=I表面按NB／T 47013．4進(jìn)行100％磁粉檢測(cè)．I級(jí)合格。受壓元件無(wú)法采用雙面焊時(shí)。應(yīng)采用單面焊雙面成形的焊件工藝．第一道封底焊縫表面應(yīng)進(jìn)行磁粉檢測(cè)，確認(rèn)無(wú)裂紋后，再進(jìn)行其余焊道的焊接。3．2熱處理要求本設(shè)備全部施工完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后應(yīng)進(jìn)行焊后整體消除應(yīng)力熱處理．并滿(mǎn)足GB／T 30583的規(guī)定。所有直接與殼體相焊的預(yù)焊件在熱處理前都應(yīng)焊于容器上．熱處理之后不得再進(jìn)行動(dòng)火施焊。焊后熱處理溫度應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求盡可能取上限，以保證熱處理后焊接接頭(包括熱影響區(qū))處的實(shí)測(cè)硬度不超過(guò)200HB。最終熱處理后，應(yīng)對(duì)A、B、C、D、E類(lèi)焊接接頭表面按NB／T 47013的規(guī)定再次進(jìn)行100％MT檢測(cè)，I級(jí)合格。3．3水壓試驗(yàn)和泄漏試驗(yàn)設(shè)備制造完畢．并按規(guī)定的項(xiàng)目檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)之前應(yīng)將設(shè)備內(nèi)部臟物、碎片、焊渣等清掃干凈。水壓試驗(yàn)液體溫度不得低于15℃以上．水壓試驗(yàn)合格后應(yīng)立即將水放凈．吹干。氨屬于中度危害易爆介質(zhì)．液氨發(fā)生泄漏事故時(shí)具有很大的危害性，液氨還具有較強(qiáng)的滲透性，泄漏試驗(yàn)應(yīng)選用氦泄漏試驗(yàn)。氦泄漏試驗(yàn)應(yīng)經(jīng)水壓試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行。氦泄漏試驗(yàn)壓力為0．1MPa，氦氣的體積分?jǐn)?shù)為10％～20％。氦泄漏試驗(yàn)合萬(wàn)方數(shù)據(jù)第3期 雷風(fēng)林．SCR煙氣脫硝中液氨儲(chǔ)罐的失效分析及防護(hù) 191格后，應(yīng)對(duì)容器內(nèi)外進(jìn)行清理，并完全烘干。4主要失效模式及預(yù)防措施4．1主要失效模式液氨儲(chǔ)罐本身超溫超壓所引起的爆炸屬于物理爆炸。物理爆炸后導(dǎo)致液氨泄漏，液氨迅速氣化成氨氣．氨氣與空氣混合，如達(dá)到爆炸極限并遇到火源時(shí)將產(chǎn)生化學(xué)爆炸。造成其失效的主要原因有[8]：①安全閥、壓力表和溫度計(jì)等安全附件設(shè)置不齊、不當(dāng)或者由于維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)導(dǎo)致裝置失靈：②過(guò)量裝載；③選材不當(dāng)；④結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理；⑤未進(jìn)行焊后熱處理消除殘余應(yīng)力：⑥介質(zhì)或環(huán)境引起的普通腐蝕；⑦液氨和外力共同作用引起的應(yīng)力腐蝕；⑧法蘭連接的接頭泄漏；⑨低溫脆性斷裂；⑩沖蝕和磨蝕；⑩未設(shè)置遮陽(yáng)棚、固定式冷卻水噴淋水等預(yù)防性設(shè)施．高溫天氣時(shí)導(dǎo)致罐內(nèi)液氨溫度升高，超過(guò)設(shè)計(jì)溫度導(dǎo)致超壓；⑩防雷、防靜電或接地設(shè)施失效或者損壞．導(dǎo)致儲(chǔ)罐遭受雷擊等：⑩制造檢驗(yàn)及運(yùn)輸過(guò)程中的損傷。液氨儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸后．如果液氨儲(chǔ)罐周邊報(bào)警、聯(lián)鎖、緊急泄壓和可燃有毒氣體報(bào)警儀等安全裝置失效，將會(huì)導(dǎo)致更大的事故。4．2預(yù)防失效的措施1)為了保證設(shè)備的安全運(yùn)行．操作過(guò)程中采用可靠措施防止溫度、壓力的波動(dòng)，生產(chǎn)負(fù)荷應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程控制，不允許存在超壓、超溫運(yùn)行的情況：在事故狀態(tài)和開(kāi)停車(chē)過(guò)程中。壓力和溫度的升降應(yīng)平穩(wěn)。2)新的容器或被打開(kāi)過(guò)的容器在充裝液氨前應(yīng)將殘留在容器內(nèi)的空氣及污物排凈．運(yùn)行過(guò)程中也要注意觀察，防止空氣進(jìn)入容器內(nèi)。3)實(shí)行周期性檢驗(yàn)制度．對(duì)設(shè)備進(jìn)行內(nèi)外部檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并妥善處理，根據(jù)檢驗(yàn)情況評(píng)定設(shè)備的安全等級(jí)，以及確定下次檢驗(yàn)日期。4)安全閥、壓力表等安全裝置必須齊全完好，妥善維護(hù)，定期檢驗(yàn)，確保靈敏可靠。5)操作人員應(yīng)持證上崗，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，進(jìn)入罐內(nèi)必須穿防靜電衣服．不得穿底部帶有鐵釘?shù)男⒈ＷC設(shè)備靜電接地設(shè)施、冷卻水噴淋水設(shè)施等完好。參考文獻(xiàn)[1]黃榮捷．SCR煙氣脫硝工藝的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J]．中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2008(2)：53—55．[2]趙宗讓?zhuān)姀S鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J]．中國(guó)電力，2005(11)：69—74．[3] 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