Управление Ростехнадзора по Калужской области

Диагностирование емкостей для хранения азотной кислоты

 

Н.А. Викторов, нач. отдела (ООО Инженерный центр «Эксперт»

Н.М. Кириленко,Директор (ООО «Инженерный центр «Эксперт»

Согласно нормативным документам эксплуатация оборудования (резервуары, хранилища, емкости) для хранения азотной кислоты, отработавшего свыше нормативного срока, возможна только после проведения технического диагностирования и определения остаточного ресурса.

В статье приведены результаты, полученные при техническом диагностировании в 2005–2008 гг. емкостей, содержащих азотную кислоту различной концентрации, установленных на расходных складах (см. таблицу). Все они отработали более 20 лет и изготовлены из разных материалов.

Во время технического диагностирования емкостей на расходных складах одну из них опорожняли и очищали. В цилиндрических вертикальных емкостях в нижнем (первом) поясе вырезали люк-лаз для проведения визуально-измерительного и неразрушающего контроля. В алюминиевой емкости для осмотра использовали люки-лазы.

Внутреннее обследование показало, что по границе сварного шва и основного металла — по линии сплавления — происходит интенсивная коррозия. Внешне это разъедание металла похоже на подрезы в сварных швах (рис.1). На самом деле это типичная ножевая коррозия — частный случай межкристаллитной коррозии (ММК), что отчетливо видно на поперечном сечении образца (рис.2), вырезанного из стенки хранилища. Глубина коррозии при этом зависит как от материала хранилища, так и концентрации азотной кислоты: чем она выше, тем интенсивнее идет коррозия по линии сплавления.

Зафиксированы следующие значения глубины утонения металла по линии сплавления на емкостях, изготовленных из разного материала:

от 0,5 до 2 мм — сталь 12Х18Н10Т;

до 2,5 мм — сталь 08Х22Н6Т;

до 7 мм — алюминий марки АО (для хранения 98–99%-ного раствора азотной кислоты).

При этом на хранилищах, изготовленных из стали 12Х18Н10Т и содержащих 47%-ный раствор азотной кислоты, эта величина не превышает 1 мм, а на емкостях из той же стали, содержащих 60 %-ный раствор азотной кислоты, утонение (коррозионный подрез) достигает по всей длине шва 2 мм.

Свищи ( рис. 3), обнаруженные при визуальном контроле на емкостях, где хранился 60 и 99%-ный раствор кислоты, а также следы протечки продуктов на наружных стенках подтверждают тот факт, что коррозионные процессы более интенсивно идут с увеличением концентрации азотной кислоты. Как правило, на вертикальных хранилищах коррозия сильнее всего поражает сварные швы по линии сплавления первых трех нижних поясов и днища.

Следует отметить, что методами ультразвукового контроля (УЗК) непосредственно, как на хранилище, так и в лабораторных условиях (на вырезанных образцах), данные дефекты не выявляются. Следовательно, при внешнем осмотре, если отсутствуют следы протечки кислоты, выявить ножевую коррозию, ее глубину методом УЗК невозможно.

Для установления причин, способствовавших образованию таких дефектов на нержавеющих емкостях, установленных в ОАО «Невинномысский Азот», были вырезаны образцы для проведения металлографических исследований и определения склонности к МКК стали 12Х18Н10Т и 08Х22Н6Т.

Проведенные испытания на МКК по методу АМУ (ГОСТ 6032—2003) при загибе образцов размером 80×20 мм на угол 90° показали, что сварное соединение стали 08Х22Н6Т, вырезанное из резервуара, склонно к МКК: на растянутой поверхности образца обнаружено множество трещин как в основном металле, так и в зонах термического влияния. Аналогичные испытания сварного соединения стали 12Х18Н10Т не выявили ее склонность к МКК.

Тем не менее, сама по себе стойкость стали к МКК, легирование ее титаном в целях предотвращения выпадения карбидов хрома (Cr 23 C 6 и Cr 7 C 3 ) не гарантируют того, что в сварных соединениях конструкций из данных материалов не будут идти процессы коррозии по линии сплавления.

Основная причина коррозии по линии сплавления связана с технологией сварочных работ при монтаже. Во время сварки в результате кратковременного нагрева до температуры выше 1200 °C происходит растворение карбидов титана, а при последующем охлаждении — выпадение карбидов хрома. Содержание хрома в твердом растворе становится меньше 12 %, т.е. того значения, когда начинаются процессы коррозии.

При внутреннем обследовании емкости, изготовленной из стали 08Х22Н6Т, была зафиксирована максимальная скорость коррозии по линии сплавления (до 0,08 мм/год). В связи с этим было принято решение вскрыть и обследовать остальные пять емкостей расходного склада. Оказалось, что они также поражены коррозией по линии сплавления.

С учетом того, что отбраковочная толщина стенки составляет 4 мм, а толщина стенки в районе линии сплавления меньше — достигает 2,5–3 мм, и прогнозировать процесс протекания местной коррозии не представляется возможным, то руководством цеха и специалистами отдела главного механика было принято решение о ремонте дефектов швов со 100%-ной механической выборкой дефектных участков и их последующей заваркой. При этом для предотвращения выпадения карбидов хрома по границам зерен было рекомендовано охлаждать с внешней стороны хранилища сварной шов струей сжатого воздуха.

Интересные данные получены при обследовании алюминиевых емкостей из технически чистого алюминия марки АО. Общеизвестно, что чистый алюминий за счет образования плотной оксидной пленки не корродирует в азотной кислоте, что и подтвердилось при внутреннем осмотре. Все коррозионные дефекты были выявлены по границе «сварной шов — основной металл» и в стыковых сварных швах.

В основном средняя глубина коррозии по линии сплавления составляет 5–7 мм. Даже с учетом данного утонения толщина стенки хранилища не выходит за отбраковочную. Но при этом на каждом хранилище встречалось минимум два-три сквозных свища, образовавшихся и подваренных во время эксплуатации. Их появление связано с тем, что в сварных швах, выполненных более 20 лет назад аргонодуговой сваркой, присутствуют интерметаллидные включения, образующие гальванические пары с алюминием, в результате чего идут процессы электрохимической коррозии в сварном соединении и по его границе. Особенность данной коррозии в том, что она распространяется в глубь металла и в отдельных случаях выходит на поверхность с образованием язв и свищей (см. рис. 3). Места образования свищей, подрезов подвариваются ручной аргонодуговой сваркой. Так как в цеховых условиях (тем более для изделий такой большой толщины) практически невозможно выдержать технологию сварки и сварочных материалов, то данный ремонт приводит к образованию новых очагов электрохимической коррозии. Учитывая это, рекомендовано проводить ремонт, подварку дефектов в алюминиевых емкостях плазменной дуговой сваркой, поскольку сварные швы, выполненные по этой технологии, не имеют дефектов и меньше загрязнены примесями. Как альтернативу можно применять плазменную наплавку чистым алюминием для начавших корродировать сварных швов. Оба способа значительно упрощают технологию ремонта, сварки, а в последнем случае не требуется механическая выборка и последующий ремонт сварных соединений.

Рекомендации по проведению диагностирования:

1. Перед проведением неразрушающего контроля внутри хранилищ провести визуальный контроль всех емкостей расходного склада с наружной стороны в целях обнаружения следов протечек и ремонтных участков.

1.1. В случае выявления емкости со следами подварки, протечек вскрыть ее и выполнить внутреннее обследование.

2. Если таких емкостей не обнаружено, замерить толщину стенки трех нижних поясов и днища.

2.1. По данным ультразвуковой толщинометрии рассчитать, принимая скорость коррозии равной 0,1 мм/год и зная срок эксплуатации, остаточную толщину стенки по линии сплавления. Если полученное значение менее 5 мм, то принимается решение о вырезке люка-лаза для проведения контроля внутри хранилища.

По итогам внутреннего контроля (пп. 1.1; 2.1) принимается решение о возможности и сроках дальнейшей эксплуатации обследованной емкости, необходимости проведения ремонтных работ и вскрытия других емкостей, установленных на расходном складе.