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SCR煙氣脫硝中液氨儲罐的失效分析及防護

文檔作者：雷風林文檔來源：中石化寧波工程有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 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煙氣脫硝中液氨儲罐的失效分析及防護雷風林(中石化寧波工程有限公司，浙江寧波315103)摘要：液氨儲罐是選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝工藝中的主要設備。針對液氨特性，結合工程實際情況，分析液氨儲罐可能存在的危險因素，提出制造、檢驗和驗收要求，并探討主要失效模式及預防措施。關鍵詞：液氨儲罐應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，對這些污染物的處理已在大規(guī)模的開展。其中NO。的脫除是煙氣治理的一個主要環(huán)節(jié)。煙氣脫硝的主流技術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90％以上．該SCR煙氣脫硝技術經(jīng)歷了30多年的研究發(fā)展與工程實踐．在技術上已發(fā)展成熟[1-2]。SCR脫硝工藝一般包括SCR反應單元和氨儲存制備單元，還原劑(氨)以液體形態(tài)儲存于液氨儲罐中。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．通過噴氨格柵噴人SCR反應器上游的煙氣中。充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應器中催化劑的作用下將NO。還原成N2[2]。某電廠2x350 MW空氣冷卻機組項目。采用SCR脫硝工藝，其液氨儲罐設計溫度為一33／50℃。設計壓力為2．16 MPa，結構尺寸為DN3400minx6600rain，屬于Ⅲ類壓力容器。該液氨儲罐外壁不設置保溫層。上部設置遮陽棚。如果液氨儲罐超溫超壓．通過固定式噴淋冷卻水系統(tǒng)進行降溫降壓。以下對該液氨儲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行分析。提出制造、檢驗和驗收要求，重點對主要失效模式及預防措施進行探討。1液氨儲罐腐蝕原因及部位1．1產(chǎn)生腐蝕的原因在液氨充裝前沒有將罐內(nèi)的空氣及污物排除干凈、排料和檢修等過程中混入空氣、設備管道和閥門法蘭連接處密封不好以及通過管道帶入空氣等，都為應力腐蝕的發(fā)生提供了所需的條件。無論是氣相或液相中氨、O：和N：(當液氨中同時溶有N2時，由于N：與0：在滑移階上產(chǎn)生“競爭吸附”，阻止部分裸露滑移階的再鈍化。從而增加鋼的應力腐蝕斷裂敏感性，詳見文獻[3])都能對碳鋼或低合金鋼構成應力腐蝕環(huán)境．再加上拉伸應力的作用，產(chǎn)生應力腐蝕。應力腐蝕是液氨儲罐主要的失效形式。其腐蝕機理為：在液氨中所含的O：會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力的作用下．容易造成應力腐蝕開裂。其反應方程如下：陰極反應：02+2NH4¨e一一呻20Hr+2NH3陽極反應：2Fe--j2Fe2++4e一整個反應：02+2NHg+2Fe--}2Fe2++20H-+2NH3液氨儲罐的應力腐蝕與儲存的溫度有直接的影響，對于碳鋼在一5℃時是不會發(fā)生應力腐蝕的。在0℃以上時容易發(fā)生應力腐蝕。這主要是由于溫度會影響電化學腐蝕過程．溫度的升高有利于液氨儲罐腐蝕的進行．因此溫度也是影響應力腐蝕的一個重要因素[41。1．2腐蝕發(fā)生的部位液氨儲罐很少因為材料均勻腐蝕減薄致強度不足而引起失效．主要腐蝕是因為焊接質(zhì)量不高收稿日期：2017—02—23；收到修改稿日期：2017-03—27。作者簡介：雷風林，男，1984年出生，碩士研究生學歷，工程師，2010年畢業(yè)于鄭州大學化工過程機械專業(yè)．現(xiàn)在中石化寧波工程公司設備室從事壓力容器的設計工作。聯(lián)系電話：0574—87975317：E-mail：leifl．snec@sinopec．corn。萬方數(shù)據(jù)Z冱镅 2017年第40卷或者結構設計不合理．導致應力集中產(chǎn)生應力腐蝕所致。應力腐蝕所發(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．如液氨進口內(nèi)伸管支撐處如果結構設計不合理，存在應力集中，就很容易發(fā)生應力腐蝕；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。如果液氨充滿整個容器。此時容器內(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)充滿整個容器時．其溫度每升高1℃．其壓力升高1．32。1．80 MPa[5]。此時如果液氨溫度升高3～5℃．液氨儲罐將因嚴重超壓而發(fā)生爆炸。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》‘s]規(guī)定，儲存液化氣體的壓力容器應當規(guī)定設計儲存量。裝量系數(shù)不得大于0．95，以保證足夠的氣相空間。液氨儲罐的充裝系數(shù)一般取為0．85。2．2材料的選擇材料的強度越高．發(fā)生應力腐蝕的可能性越大。在綜合考慮操作壓力、殘余應力以及安全經(jīng)濟性的情況下，應盡可能選用強度較低的材料。材料的強度和使用狀態(tài)應符合以下要求[，]：①材料標準規(guī)定的屈服強度尺d?！?55MPa；②材料實測的抗拉強度R。。<630 MPa；③材料使用狀態(tài)應為正火或正火+回火；④碳當量不大于o．45；⑤板材、管材及鍛件熱處理后的硬度(單個值)不得超過200HB。綜合考慮．SCR脫硝工藝中的液氨儲罐設備主體材料選用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鋼板應符合GB 3531的規(guī)定．并應按NB／T 47013．3逐張進行超聲檢測，質(zhì)量等級應不低于Ⅱ級。3制造、檢驗及驗收要求3．1焊接要求1)焊接材料應符合NB／T 47018(承壓設備用焊接材料訂貨技術條件》的規(guī)定。在滿足強度要求的前提下，盡可能采用低強度焊接材料。2)對所有焊縫均應按NB／T 47014進行焊接工藝評定(包括對焊、補焊、堆焊、角焊等)。在焊接工藝評定所確認的焊接線能量范圍內(nèi)，選用較小的焊接線能量．以多道施焊為宜。3)受壓件之間的焊接接頭必須全焊透：余高應盡量減少，E類焊接接頭應為連續(xù)焊。焊接時應嚴格控制焊接線能量。焊接區(qū)域內(nèi)，包括對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類焊接接頭應進行100％無損檢測。所有接管的B類焊接接頭，不允許存在根部未焊透。焊后要求100％射線檢測，Ⅱ級合格。5)容器上的A、B、C、D、E類焊接接頭表面、受壓元件上的工裝卡具、拉筋板等臨時附件拆除的焊痕表面、焊補前的坡I=I及焊補的表面以及電弧擦傷處．均應按NB／T 47013．4進行100％磁粉檢測，I級合格。6)受壓元件采用雙面焊接的對接接頭。焊縫清根應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進行100％磁粉檢測．I級合格。受壓元件無法采用雙面焊時。應采用單面焊雙面成形的焊件工藝．第一道封底焊縫表面應進行磁粉檢測，確認無裂紋后，再進行其余焊道的焊接。3．2熱處理要求本設備全部施工完成并經(jīng)檢驗合格后應進行焊后整體消除應力熱處理．并滿足GB／T 30583的規(guī)定。所有直接與殼體相焊的預焊件在熱處理前都應焊于容器上．熱處理之后不得再進行動火施焊。焊后熱處理溫度應按標準要求盡可能取上限，以保證熱處理后焊接接頭(包括熱影響區(qū))處的實測硬度不超過200HB。最終熱處理后，應對A、B、C、D、E類焊接接頭表面按NB／T 47013的規(guī)定再次進行100％MT檢測，I級合格。3．3水壓試驗和泄漏試驗設備制造完畢．并按規(guī)定的項目檢驗合格后再進行水壓試驗。試驗之前應將設備內(nèi)部臟物、碎片、焊渣等清掃干凈。水壓試驗液體溫度不得低于15℃以上．水壓試驗合格后應立即將水放凈．吹干。氨屬于中度危害易爆介質(zhì)．液氨發(fā)生泄漏事故時具有很大的危害性，液氨還具有較強的滲透性，泄漏試驗應選用氦泄漏試驗。氦泄漏試驗應經(jīng)水壓試驗合格后方可進行。氦泄漏試驗壓力為0．1MPa，氦氣的體積分數(shù)為10％～20％。氦泄漏試驗合萬方數(shù)據(jù)第3期 雷風林．SCR煙氣脫硝中液氨儲罐的失效分析及防護 191格后，應對容器內(nèi)外進行清理，并完全烘干。4主要失效模式及預防措施4．1主要失效模式液氨儲罐本身超溫超壓所引起的爆炸屬于物理爆炸。物理爆炸后導致液氨泄漏，液氨迅速氣化成氨氣．氨氣與空氣混合，如達到爆炸極限并遇到火源時將產(chǎn)生化學爆炸。造成其失效的主要原因有[8]：①安全閥、壓力表和溫度計等安全附件設置不齊、不當或者由于維護保養(yǎng)不當導致裝置失靈：②過量裝載；③選材不當；④結構設計不合理；⑤未進行焊后熱處理消除殘余應力：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未設置遮陽棚、固定式冷卻水噴淋水等預防性設施．高溫天氣時導致罐內(nèi)液氨溫度升高，超過設計溫度導致超壓；⑩防雷、防靜電或接地設施失效或者損壞．導致儲罐遭受雷擊等：⑩制造檢驗及運輸過程中的損傷。液氨儲罐發(fā)生爆炸后．如果液氨儲罐周邊報警、聯(lián)鎖、緊急泄壓和可燃有毒氣體報警儀等安全裝置失效，將會導致更大的事故。4．2預防失效的措施1)為了保證設備的安全運行．操作過程中采用可靠措施防止溫度、壓力的波動，生產(chǎn)負荷應嚴格按照操作規(guī)程控制，不允許存在超壓、超溫運行的情況：在事故狀態(tài)和開停車過程中。壓力和溫度的升降應平穩(wěn)。2)新的容器或被打開過的容器在充裝液氨前應將殘留在容器內(nèi)的空氣及污物排凈．運行過程中也要注意觀察，防止空氣進入容器內(nèi)。3)實行周期性檢驗制度．對設備進行內(nèi)外部檢驗，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并妥善處理，根據(jù)檢驗情況評定設備的安全等級，以及確定下次檢驗日期。4)安全閥、壓力表等安全裝置必須齊全完好，妥善維護，定期檢驗，確保靈敏可靠。5)操作人員應持證上崗，嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，進入罐內(nèi)必須穿防靜電衣服．不得穿底部帶有鐵釘?shù)男⒈ＷC設備靜電接地設施、冷卻水噴淋水設施等完好。參考文獻[1]黃榮捷．SCR煙氣脫硝工藝的設計特點[J]．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2008(2)：53—55．[2]趙宗讓．電廠鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)設計優(yōu)化[J]．中國電力，2005(11)：69—74．[3] 任凌波，任曉蕾．壓力容器腐蝕與控制[M]．北京：化學工業(yè)出版社．2003：204—205．[4] 陳龍．液氨儲氣罐裂紋事故的分析[J]．能源與環(huán)境，2014(5)：102-103．[5]孫萍輝．液氨操作安全須知(2)[J]．低溫與特氣，2006(4)：44—16．[6]TSG 2l一2016．固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S]．[7]HG／T 20581--2011．鋼制化工容器材料選用規(guī)定[S]．[8]譚瀚茗，于楓．液氨罐區(qū)危險因素分析及工藝、自控安全設施設計[J]．遼寧化工，2013(5)：535—538．FAⅡ。URE ANALYSIS AND PRoTECTIoN oF LIQUID A刪oNIA TANKIN SCR FLUE GAS DENITRATIONLei Fen#in(SINOPEC Ningbo Engineering Co．，Ltd．，M啷o 315103)Abstract：Liquid ammonia tank is the main equipment in selective catalytic reduction(SCR)flue gasdenitration．According to the property of liquid ammonia and based on practical engineering，this paper stud—ied the risk factors in liquid ammonia tank，proposed manufacturing，inspection and acceptance requirements，and discussed the main failure mode and protective measures．Key words：liquid ammonia tank；stress corrosion；failure mode歡迎投稿、歡迎訂閱、歡迎刊登廣告!

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