设备的使用和设备使用与维护.ppt
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1、第一讲 设备的使用和维护一、设备的分类(主要是指容器的分类)1、分类方法:按结构和用途分类。按结构和材料分类。按承压状态分类。按设计温度分类。按支撑方式分类。按制造方法分类等。,2、按承受压状态分类 分为内压设备和外压设备。3、内压设备(容器)按承受压力大小分类 低压设备 0.1 P 1.6 Mpa。中压设备 1.6 P 10 Mpa。高压设备 10 P 100 Mpa。超高压设备 P 100 Mpa。4、按结构和用途分类分为 反应容器 代号 R 换热容器 E 分离容器 S 储存容器 C 球罐为 B,5、按压力高低、介质的危害程度及在生产中的重要性分类 压力容器安全技术监察规程规定。1)下列情
2、况之一的,为第三类压力容器(1)高压容器(2)中压容器(仅限毒性为极度和高度危害介质)(3)中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度 危害介质,且pv乘积大于等于10MPam);(4)中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度 危害介质,且pv乘积大于等于0.5MPam);(5)低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害 介质,且pv乘积大于等于0.2MPam);,(6)高压、中压管壳式余热锅炉;(7)中压搪玻璃压力容器;(8)使用强度级别较高(指相应标准中抗拉强度规 定值下限大于等于540MPa)的材料制造的压力容器;(9)移动式压力容器,包括铁路罐车(介质为液化气体、低 温液体)、罐式汽车(液化气体
3、运输车、低温液体运输车、永 久气体运输车 均为半挂式)和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等。(10)球形储罐(容积大于等于50m)(11)低温液体储存容器(容积大于等于5m),2)下列情况之一的,为第二类压力容器(三类中规 定的除外)(1)中压容器(2)低压容器(仅限毒性为极度和高度危害介质);(3)低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃介质 或毒性程度为中度危害介质);(4)低压管壳式余热锅炉;(5)低压搪玻璃压力容器。3)低压容器为第一类压力容器(第二、三类容器规定 除外)。,二、石油化工设备常见缺陷和故障(一)压力容器 1、腐蚀 有化学腐蚀 电化学腐蚀 两大类 2、时效作用引起的材料
4、性能变化 如石墨化 回火 脆化等。3、热冲击 指介质突然发生显著温度变化时,引起 容器不同部位不均匀的膨胀和收缩。由此产生的 应力可能使容器变形甚至局部开裂。如加氢裂化反应器。,4、循环的温度变化 在循环的温度变化条件下,特别使大范围快速的温度变化的工况下操作使容 器因疲劳而产生变形和裂纹。5、振动 介质的流动,泵和压缩机出口的脉动,尤 其是高压往复泵、往复压缩机的脉动振动力对容 器的影响最明显,会引起容器或接管焊缝的裂纹 和开裂。6、超温超压引起的膨胀 在事故状态下,当容器 内介质压力超过设计压力,安全阀又不能及时开 起时,容器将瞬时超压,引起局部或部分鼓胀。,7、泄漏 由于管理不善、设计不
5、合理以及违章操 作 等原因引起介质泄漏。泄漏会造成环境污染甚至 会引起燃烧和爆炸事故。8、密封失效的原因 1)、法兰盘或垫圈表面有疵点或污垢。2)、介质的腐蚀作用使垫圈损伤或变质脱落。3)、螺栓预紧力降低。4)、由于高温、载荷波动使垫圈和螺栓弹性降 波。,9、衬里减薄和脱落 催化裂化装置由于衬里的脱落 经常出现三器和烟道局部超温现象,是生产的严 重隐患。10、衬里失效的原因 1)、反应深度的影响。2)、施工质量不好。3)、气体涡流的作用。4)、衬里骨架选型不合理。5)、衬里烘干过程不规范。,(二)、换热器 1、腐蚀 1)介质引起的均匀腐蚀。硫及硫化物引起的腐蚀、盐酸产生的均匀腐蚀、奥氏体不锈钢
6、的应力腐蚀等。2)汽蚀 当设计不合理时,实际工况与设计工况不符,会引起水侧局部管束的表面发生水的汽化现象,引起管外壁汽蚀。3)结垢引起的坑蚀。2、机械及热应力引起的损伤 1)管子与管板胀接处的松动 2)过大的管子和管板温差引起的焊缝开裂。,(三)、设备的共性缺陷 1、壁厚减薄 分为局部减薄和全面减薄。其危害是会引起破裂和泄漏。其原因为腐蚀、超压和介质冲刷作用造成。2、裂纹 有接管焊缝裂纹、容器焊缝裂纹、支座裂纹、部件裂纹等。尤以容器焊缝和接管根部的裂纹较多。其危害同样会引起介质泄漏和容器破裂。3、裂纹产生的原因 1)、存在应力集中和残余应力。2)、应力腐蚀。3)、交变载荷作用。4)、材料有缺陷
7、。,4、积垢 1)积垢的原因(1)水垢 如碳酸钙垢(2)晶体积附 液体介质中析出晶体,沉积在传热表 面形成垢层。(3)机械杂质或有机物沉积。(4)产品分解。2)积垢的危害 积垢会降低传热效率、增大流体阻力、减小有效容积、加速壁面腐蚀。,三、设备的维护与检查 1、设备运行时的检查 主要控制运行中的操作参数。如温度、压力、流量、流速、物料成分、PH值、冷却水流量等。2、检查设备的各个控制点有无异变。如反应器外壁。容器接管根部、容器支座、发兰密封点、应力集中部位的焊缝处、(筒体与封头的连接焊缝、接管与容器的连接焊缝、容器与支座的连接焊缝、容器变径段的连接焊缝等)3、对设备定点进行测厚。,四、装置运行
8、期间设备检查内容 1、压力容器 1)外部可见缺陷:如外部腐蚀情况、焊接缺陷、氢鼓泡等;2)因过大的管线应力或其他原因产生的变形;3)人孔、法兰连接和补强圈处的泄漏;4)冷壁压力容器内衬绝热层外表面的高热点;5)安全阀、爆破片等安全附件的完好情况;6)金属结构构件及基础情况:如梯子平台、支座 安全防护栏、扶手、护罩等有无损坏。,7)操作运行情况:征求操作人员的意见,查看记录;8)测厚情况:获得测厚数据。2、管壳式换热器 1)外部可见缺陷:腐蚀、焊接缺陷、破损等;2)壳体与头盖法兰连接、管路与壳体法兰连接、阀 门与管路法兰连接、阀门大盖等密封处的泄漏;3)支座及支撑结构、基础情况;4)保温及防火层
9、情况;5)操作运行情况,征求操作人员的意见,查看记录;6)测厚情况,如有条件用超声波测厚仪进行测厚。,3、加热炉 1)容易发现的缺陷及损坏情况;2)炉管热分布、过热、膨胀、凹陷或弯曲情况;3)炉管温度:采用光学或红外高温计测量;4)炉管支架、吊钩有无变形、损坏情况;5)火嘴操作、火焰分布情况;6)耐火衬里、火墙损坏情况,外部表面高温点情况 7)炉体外壳、梯子平台、安全防护栏等完好情况;8)外部管线保温及防火层有无损坏情况;9)烟囱的倾斜、振动和摇晃情况;,10)操作运行情况:征求操作人员的意见,查看记录。4、蒸汽锅炉 1)锅炉炉管、过热器、水冷壁过热迹象;2)炉膛中火墙情况;3)火嘴燃烧情况;
10、4)放空阀及设施正常和严密性情况;5)安全阀、调节风门正常情况;6)炉体外壁、结构构件、梯子平台、栏杆护罩情况;7)液面水位表及仪表玻璃情况;8)油、汽、瓦斯、水、空气等所有密封结合处泄漏情况;,10)燃料供应情况 5、管线 1)管线法兰连接、阀门、排凝、放空等接合处的泄 漏情况;2)管线外部腐蚀、焊缝缺陷、裂缝或其他缺陷;3)管线振动、摇晃,可动支架的位置、固定支架和 托架的挠曲及变形;4)管线保温完整情况;5)膨胀节的正常情况;6)测厚情况。许可时可用X射线探伤仪对壁厚测量。,6、泵和压缩机 1)外部可见缺陷:振动、轴承温度、异常噪声、润滑油液 面的正常情况;2)润滑油及冷却水的温度和压力
11、;3)机体大盖、出入管路法兰、阀门、轴封填料、机械密封 及附属油、水管线上的泄漏情况;4)地脚螺栓的松动,基础完整情况;5)操作运行情况:征求操作人员的意见,查看记录。,7、操作条件下应控制的指标 压力控制指标,温度控制指标,工艺控制指标,冷却水质量控制指标,8、维护检查安全要点 1)操作人员和维修人员一定要了解和熟悉工作场地 内设备的结构特点和物料的性能;2)对设备节检查和维护一定要遵守相关的安全管理 规定;3)对可能出现的危险情况要有预防措施和预案;4)使用的工具和着装要符合安全管理规定。,9、压力容器的使用和管理 1)压力容器的界定 同时具备下列三个条件的容器为压力容器。(1)最高工作压
12、力大于等于0.1MPa(不含液柱静压 力,);(2)内直径(非园形截面指最大尺寸)大于等于 0.15mm,且体积大于等于0.025m;(3)盛装介质为气体、液化气体或最好工作温度高 于等于标准沸点的液体。,2)压力容器的使用和管理(1)压力容器使用前,必须取得“压力容器使用登记证”,经有关部门登记批准方可使用。(2)使用单位的主要技术负责人必须对容器的检验、安装、使用检查与维护、维修和改造以及报废的全过程负责管理。(3)压力容器的操作人员必须经过培训,考试合格后取得合格证才能上岗操作。要严格执行操作规程和岗位责任制,认真检查发现问题及时处理。(4)安全阀要求每年至少要进行一次定压校验并做好记录
13、。(5)爆破片按规定定期更换,周期一般为23年。,(6)压力容器的使用单位必须按在用压力容器检验 规程规定定期进行检验。(7)压力容器的定期检验,原则上有相应资格的检验单位进行检验评级。(8)压力容器检验人员应取得省级或国家安全技术监察机构的资质,并接受当地安全监察机构监督。(9)经过定期检验的压力容器检验单位应在30日前出具检验报告,评出压力容器的安全状况等级,同时制定必要措施监督使用。,压力容器安全状况等级的划分:1级:压力容器出厂技术资料齐全;设计、制造质量符合有关法规和标准的要求;在法规规定的定期检验周期内,在设计条件下能安全使用。2级:出厂技术资料基本齐全;设计制造质量基本符合法规和
14、标准的要求;根据检验报告,存在某些不危及安全可不修复的一般性缺陷;在法定规定的检验周期内,在规定的操作条件下能安全使用。3级:出厂技术资料不够齐全;主体材质、强度、结构基本符合有关法规和标准的规定要求;对于制造时,存在的某些不符合法规和标准的问题和缺陷,根据检验报告,未发现由于使用而发展和扩大;焊接质量存在超标的体积性缺陷,经检验确定不需要修复;在使用中造成的腐蚀、磨损、损伤、变形等缺陷,其检验报告确定为能在规定的操作条件下,在法规规定的检验周期安全使用。4级:出厂技术资料不全;主体材质不符合有关规定,或材质不明,或虽属选用正确,但已有老化倾向;强度经校核尚满足要求;主体结构有较严重的不符合有
15、关法规和标准的缺陷,根据检验报告,未发现由于使用因素而发展或扩大;焊接质量存在线性缺陷;在使用中造成的磨损、腐蚀、损伤、变形等缺陷,其检验报告确定为不能在规定的操作条件下,按法规规定的检验周期安全使用。必须采取有效措施,进行妥善,善处理,改善安全状况等级,否则只能在限定的条件下使用。5级:缺陷严重,难于或无法修复,无修复价值或修复后仍难以保证安全使用的压力容器,应予以报废。,第二讲 催化裂化装置的腐蚀一、腐蚀的基本原理 腐蚀 金属和周围介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。1、腐蚀的分类 1)化学腐蚀 2)电化学腐蚀 3)应力腐蚀 4)晶间腐蚀 5)酸碱盐腐蚀 6)HS腐蚀 7)氢
16、腐蚀,2、化学腐蚀 化学腐蚀 是指材料与非导电性介质直接发生纯化学 作用而引起材料的破坏。1)高温氧化 金属在高温下和其周围环境中的氧作 用,生成金属氧化物的过程称为金属的高温氧化。如耐热钢的氧化主要是铁与高温水蒸汽中的水反应 生成氧化铁。Fe+HOFeOH 3 FeO HO FeO H,2)高温硫化 金属在高温下与含硫介质(硫化氢 二氧化硫、有机硫化物等)作用,生成硫化物的过程,称为金属的高温硫化。(属于广义氧化)如固体金属硫化物的反应为 M(固)1/2S(气)MS(气)3)高温HHS腐蚀 在加氢、催化从整装置的系统内,介质中存在硫化氢和氢,钢在HHS环境中,表面可生成FeS膜层,如果膜层比
17、较致密,可以阻碍表面对氢的吸收和扩散,而抑制“氢腐蚀”。另一方面高温高压氢与HS同时存在时,原子氢向表面FeS膜层中渗透,使FeS膜变得疏松容易脱落。此时HS则与膜下暴露的钢材继续反应加速了HS对钢材的腐蚀。,4)渗碳和脱碳 钢的渗碳是由于高温下某些碳化物与钢铁接触时发生分解而生成游离碳,破坏钢的氧化膜,渗入钢内生成碳化物的结果。钢的渗碳会造成金属出现裂纹、蠕变断裂和热疲劳破坏。如乙烯裂解炉管。(脱碳在氢腐蚀中讲)5)环烷酸腐蚀 环烷酸为石油中一些有机酸的总称,又称为石油酸。环烷酸在低温时腐蚀不强烈,一旦沸腾,特别是在高温无水环境中,腐蚀最激烈,腐蚀按下式进行:2RCOOH+Fe Fe(RCO
18、O)2 H FeS 2RCOOH Fe(RCOO)2 HS 270280 和350400环烷酸腐蚀 最严重。特征是腐蚀部位有尖锐的孔洞,在高流速区有明显的流线槽。,3、电化学腐蚀 电化学腐蚀是指金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的腐蚀破坏,其特点是腐蚀过程中有电流流动。(凡是在溶解状态或熔融状态下能传导电流的物质为电解质,常用的酸碱盐均为电解质。)电解质导电的原因是溶质分子在溶液中或在熔融状态下全部或部分的离解成带正电的阳离子和带负电的阴离子。这些离子在直流电场的作用下,阳离子向阴极流动,阴离子向阳极流动,并在电极上放电形成电流。金属若处在电解质溶液中将发生金属的离子化现象即 金属 正离子
19、电子。金属的正离子溶解于电解直溶液中去,在金属上留下电子,使金属遭到腐蚀。,金属的腐蚀与其电极电位有关。金属的电极电位越负,越容易腐蚀。例如铁和锌其电极电位分别为 0.439伏和-0.762 伏,当两种金属组成电子对时电极电位低为阳极,就受到剧烈腐蚀。电化学腐蚀的产生必须为有电池偶存在即电池对。即有两种金属,它们之间存在电极电位的差异,电位低的为阳极,电位高的为阴极,在阳极区金属以离子状态溶出,阴极区或的电子并发生析氢反应或氧化还原反应,可用下式表示:如在酸性水溶液中:Fe Fe2+2e-(阳极放应)2H+2e-H2(阴极反应),但当溶液中有溶解氧存在时,阴极反应为 2H+1/2O 2e-H2
20、O(氧的还原反应)金属的电池偶也可以是金属内部的不同组织,例如晶粒与晶粒之间、晶粒和晶界之间都会存在不同的电极电位。从而引起电化学腐蚀现象。4、应力腐蚀 金属的应力腐蚀是指在静拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。特点是这种应力腐蚀破坏没有先兆,进展迅速的突然断裂。容易造成严重事故。金属材料发生应力腐蚀的特征可用几个方面来说明:1)应力 可以是外加载荷和装配应力,也可以是加工、焊接等过程的内应力。,2)腐蚀介质 产生应力腐蚀的材料和介质有一定的关系,只有二者的某种组合时才发生应力腐蚀。如 普通碳钢和低合金钢在氢氧化物溶液、含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液、液氨等介质中;奥氏体钢在
21、酸性和中性的氯化物溶液、海水、热的氢氧化物等溶液中会发生应力腐蚀。3)材料 一般认为极纯的金属不发生应力腐蚀。只有合金中存在杂质的金属才会发生应力腐蚀。4)破坏过程有以下几个阶段(1)孕育阶段(2)裂纹稳定扩展阶段(3)裂纹失稳扩展阶段,5、常见应力腐蚀开裂体系有以下几种(1)碱脆 金属在氢氧化钠溶液中的应力开裂为碱脆 碳钢、低合金钢、不锈钢等均会发生碱脆。发生碱脆的条件与溶液的氢氧化钠浓度和温度有关。氢氧化钠的浓度在5以上时,碳钢几乎都会发生碱脆。氢氧化钠的浓度在0.1以上时188型奥氏体钢即可发生碱脆。(2)不锈钢的氯离子应力腐蚀开裂 氯离子不但会引起不锈钢孔蚀,更会引起不锈钢的应力腐蚀开
22、裂。发生应力腐蚀开裂的临界氯离子浓度随温度上升而减小。高温时,氯离子浓度只要达到1mg/kg,即可引起破裂。不但不锈钢设备内壁会发生应力腐蚀裂纹,管子的外壁也会发生氯离子应力腐蚀,当保温材料中含有0.5的氯离子就会使管子发生应力腐蚀裂纹。,不锈钢氯离子应力腐蚀裂纹是典型的枯树枝状穿晶裂纹,并常常以孔蚀为起源。(3)不锈钢连多硫酸应力腐蚀开裂 在常减压蒸馏、加氢裂化、催化裂化装置中设备、管线易发生连多硫酸的应力腐蚀裂纹。连多硫酸(H2SxO6,x35)设备受多硫化氢腐蚀,生成硫化铁,在停车检修时与空气中的氧及水反应生成连多硫酸H2SxO6。在Cr-Ni奥氏体不锈钢设备、管道的残余应力较大的部位(
23、焊缝热影响区、弯管部位等)产生应力腐蚀裂纹。不锈钢在连多硫酸中产生应力腐蚀裂纹一般是晶间型的,但也有穿晶和晶间共存的。,(4)硫化物腐蚀破裂 金属在同时含硫化氢及水的介质中发生的应力腐蚀开裂为硫化物腐蚀开裂。简称硫裂。在天然气、石油采集,石油化学及化肥等领域常发生设备、管道、阀门的硫裂事故。6、H2S腐蚀 干噪的H2S在较低的温度(如低于250)下,对钢材无腐蚀作用。在高温条件下才会发生腐蚀。且随着温度的升高和H2S浓度的增加而加剧。1)高温H2S的腐蚀 高温H2S的腐蚀主要是环烷酸的腐蚀。略见化学腐蚀 2)H2S H2O或湿H2S腐蚀 在湿H2S环境下在碳钢和低合金金钢设备的焊缝和热影响区等
24、高硬部位会发生应力腐蚀裂纹。,7、晶间腐蚀 出现晶间腐蚀时金属表面看不出腐蚀的迹象,但金属原有的机械性质几乎完全丧失。奥氏体不锈钢晶间腐蚀的机理是贫铬理论。不锈钢耐腐蚀其铬含量必须超过12.5,否则耐腐蚀性能于碳钢差不多。不锈钢在敏化温度范围内(450850),奥氏体中过饱和固溶的碳将和铬形成Cr23C6沿境界析出。由于奥氏体中铬的扩散速度比碳慢,这样生成的Cr23C6所需的铬必然从晶界附近获取,从而造成了境界附近区域的贫铬。贫铬区域的电极电位急剧下降。当有电解质存在时就会发生晶间腐蚀。防止晶间腐蚀的方法有降低钢中的含碳量、加入Ti和 Nb强碳化物形成元素以及进行稳定化处理等。,8、氢腐蚀 钢
25、受到高温高压氢的作用后,钢中的碳与渗入钢中的氢原子反应生成甲烷,使其强度韧性明显降低。Fe3C4H 3FeCH4 或者是 C 2H2 CH4,C 4H CH4,这种腐蚀是不可逆的。这种氢向钢中的扩展,可引起氢腐蚀也可以引起氢 脆。当钢中存在氢时在接近环境温度下出现开裂的现象为氢脆。当钢中的氢浓度为67106时钢材的延伸率和断面收缩率只有原来的20到30。氢脆是可逆的在加热的情况下将氢扩散出去就可以恢复钢材的性能,9、压力容器用钢中氢的来源 1)炼钢过程中溶解在钢水中的氢,结晶时没有及时逸出而存在于钢水中。如果含量多则在钢中产生形成许多细微裂纹群,这种细微裂纹群称为白点。白点使钢材变脆,对于高强
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