減壓塔出口膨脹節(jié)泄漏失效分析及修復(fù)

劉俊武

（中國石油股份有限公司大連石化分公司)

減壓塔出口膨脹節(jié)泄漏失效分析及修復(fù)

劉俊武*

（中國石油股份有限公司大連石化分公司)

對某石化公司二蒸餾裝置減壓塔餾出口管線上的?1100 mm膨脹節(jié)在蒸汽吹掃時的泄漏失效進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,由氯離子引起的應(yīng)力腐蝕以及電化學(xué)腐蝕的共同作用是導(dǎo)致膨脹節(jié)泄漏的根本原因。另外，膨脹節(jié)不銹鋼材料與碳鋼之間的電位差加速了電化學(xué)腐蝕的速度。修復(fù)后跟蹤觀察表明，對整個焊口使用 “貝爾佐納”技術(shù)屏蔽隔離以避免氯離子的結(jié)聚是解決膨脹節(jié)泄漏的有效方法。

膨脹節(jié) 應(yīng)力腐蝕 電化學(xué)腐蝕 貝爾佐納技術(shù) 減壓塔 泄漏

0 概況

石油化工裝置中膨脹節(jié)的正常工作是保障系統(tǒng)安全運行的一個重要環(huán)節(jié)。但由于裝置系統(tǒng)溫度的變化，物料中氧化物、硫化物及次生的酸性腐蝕物質(zhì)的存在，膨脹節(jié)經(jīng)常發(fā)生泄漏失效[1-7]，嚴(yán)重影響裝置的長周期安穩(wěn)運行。

2001年，某石化公司二蒸餾裝置擴(kuò)建改造至450萬t/a時，在減壓塔出口管線設(shè)計安裝了一個?1100 mm膨脹節(jié)，其位置如圖1所示。膨脹節(jié)材質(zhì)0Cr18Ni，管線材質(zhì)20鋼，焊接連接。工藝溫度65℃，壓力-0.095 MPa。工藝條件比較緩和。

但在使用約2年后發(fā)現(xiàn)，膨脹節(jié)左下角和右上角變形嚴(yán)重，已經(jīng)看不到波谷，如圖2、圖3所示。經(jīng)檢測，變形幅度大于120 mm，但由于膨脹節(jié)未泄漏，因此運行時未做進(jìn)一步處理。2005年7月裝置停工檢修期間，在用水蒸氣掃線時該膨脹節(jié)出現(xiàn)泄漏事故。當(dāng)時分析認(rèn)為，膨脹節(jié)變形及泄漏是空中管系受力引起的。于是，對該膨脹節(jié)進(jìn)行了如下修復(fù)：按原樣更換新膨脹節(jié)，并將膨脹節(jié)直管段截掉100 mm。安裝完畢后，為了防止波紋管工作時受壓縮，將端板內(nèi)側(cè)4個涂黃色油漆標(biāo)記的螺母向內(nèi)退5 mm，并將螺母與拉桿點焊牢固。安裝后膨脹節(jié)形貌如圖4、圖5所示。

2005年8月開工后，對更新的膨脹節(jié)進(jìn)行了跟蹤觀察一年，發(fā)現(xiàn)膨脹節(jié)運行良好，不存在變形及泄漏。但是，在2007年8月的一次檢修停工吹掃過程中，該膨脹節(jié)又在不銹鋼 （0Gr18Ni9）與20碳鋼環(huán)焊縫處發(fā)生了泄漏事故。兩次停工吹掃時膨脹節(jié)泄漏事故使技術(shù)人員意識到，膨脹節(jié)泄漏并不是因管系受力引起的。本文對泄漏原因進(jìn)行了分析，以防類似事故再次發(fā)生。

圖1 膨脹節(jié)在管系中的位置

圖2 舊膨脹節(jié)左下角

圖3 舊膨脹節(jié)右上角

圖4 新膨脹節(jié)安裝后全貌

圖5 新膨脹節(jié)安裝后局部

1 膨脹節(jié)泄漏原因分析及修復(fù)

2007年8月檢修期間，對泄漏失效的膨脹節(jié)進(jìn)行了拆卸，圖6為膨脹節(jié)拆下后，將內(nèi)部環(huán)形護(hù)板氣焊割掉后，露出的不銹鋼膨脹節(jié)與碳鋼焊口腐蝕泄漏的情況。

圖6 膨脹節(jié)內(nèi)不銹鋼與碳鋼焊口情況

現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，不銹鋼與碳鋼焊口處腐蝕嚴(yán)重。對腐蝕原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為有以下幾方面原因：

（1）停工吹掃使用的水蒸氣與塔器內(nèi)原有的含氯介質(zhì)殘留物結(jié)合后，形成了一定量的氯離子。隨著溫度的變化，蒸汽凝結(jié)為水，水與氯離子結(jié)合形成了酸性腐蝕介質(zhì)，并且膨脹節(jié)焊接熱影響區(qū)存在焊接殘余應(yīng)力，滿足了應(yīng)力腐蝕開裂的條件，導(dǎo)致了裂紋的產(chǎn)生。

（2）膨脹節(jié)不銹鋼與碳鋼存在著一定的電位差，在氯離子的環(huán)境下以及較高的蒸汽溫度條件下，電化學(xué)腐蝕的速度得到了加速，從而導(dǎo)致了泄漏。

針對這種情況，采取了如下的修復(fù)措施：先打磨泄漏部位，將整個環(huán)形焊道磨平，然后對整個焊口使用 “貝爾佐納”技術(shù)屏蔽隔離，使焊口無法接觸氯離子，消除應(yīng)力腐蝕和電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的條件，如圖7所示。

圖7 膨脹節(jié)環(huán)形焊口修復(fù)后使用“貝爾佐納”技術(shù)屏蔽隔離

從圖7可以看到，兩道環(huán)形焊口修復(fù)后，在焊口兩邊各擴(kuò)展30 mm，整個環(huán)形保護(hù)帶寬60 mm，保護(hù)帶厚度為2～3 mm。保護(hù)帶最高可承受溫度200℃，完全滿足使用條件，也滿足停工吹掃時的蒸汽使用溫度條件。

一個完整的膨脹節(jié)兩端各有一段不銹鋼短節(jié)，故需要修復(fù)四條環(huán)形焊口。四道焊口修復(fù)后，還需將內(nèi)部環(huán)形保護(hù)板重新焊接復(fù)原。需要注意，在焊接內(nèi)部環(huán)形保護(hù)板環(huán)形焊口時，下邊必須使用 “環(huán)形保護(hù)接托”，如圖7所示，目的是防止焊接電弧和高溫?zé)嵩鼈跋旅娴?“環(huán)形保護(hù)帶”。一旦 “環(huán)形保護(hù)帶”被灼傷， “貝爾佐納”技術(shù)屏蔽隔離的效果即失效。

2007年8月對該處膨脹節(jié)修復(fù)后投用，效果很好。2010年停工檢修，如往年一樣使用蒸汽吹掃該管線及膨脹節(jié)，沒有再發(fā)生泄漏事故。此次膨脹節(jié)泄漏修復(fù)，既查明了失效原因，又積累了維修經(jīng)驗，同時為企業(yè)節(jié)省了膨脹節(jié)更新資金20多萬元/臺。

2 結(jié)論

對二蒸餾減壓塔出口膨脹節(jié)吹掃過程泄漏原因進(jìn)行了分析，并采取了適當(dāng)?shù)男迯?fù)措施，主要結(jié)論如下：

（1）二蒸餾減壓塔出口膨脹節(jié)在蒸汽吹掃過程中泄漏的原因是應(yīng)力腐蝕與電化學(xué)腐蝕的共同作用。

（2）對整個焊口使用 “貝爾佐納”技術(shù)屏蔽隔離以避免氯離子的結(jié)聚是解決膨脹節(jié)泄漏的有效方法。

（3）對于設(shè)備出現(xiàn)的問題，要分析其產(chǎn)生的根源，找到合適的技術(shù)手段從根本上加以解決，避免設(shè)備不必要的更新。

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[3]王來,馬海濤,韓雙起,等.催化裂化裝置中大型波紋管膨脹節(jié)失效分析 [J].金屬熱處理,2007,32(增刊):167-169.

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[7]馬金華,蔡善祥,曾文海,等.催化裂化裝置煙機(jī)出口管線及膨脹節(jié)失效分析 [J].石油化工設(shè)備,2006,35(6):80-83.

Failure Analysis and Repair of Expansion Joint in Outlet Pipe of Vacuum Tower

Liu Junwu

The failure analysis on the leaked ?1100 expansion joint placing in outlet pipe of vacuum tower in a second distillation plant was investigated.The results indicated that,the combination effects of stress corrosion resulting from chlorine ions and electrochemical corrosion caused the leakage of the expansion joint.Moreover,certain potential difference between stainless steel of expansion joint and carbon steel accelerated the rate of electrochemical corrosion.The tracking observation after repair showed that using Belzona technology to prevent the welding line from chlorine ions was available method to solve the leakage problem of expansion joint.

Expansion joint;Stress corrosion;Electrochemical corrosion;Belzona technology;Vacuum tower;Leakage

TQ 050.7

*劉俊武，男，1964年生，高級工程師。大連市，116011。

2012-03-30）