硫磺冷凝器制造缺陷的改進(jìn)

李良倫 嚴(yán)崇榮 陳代雙 蔣學(xué)奎 李 倩 姚 霖

（1、3、4.重慶天然氣凈化總廠 重慶 2、5、6.西南油氣田分公司川中油氣礦 四川遂寧）

天然氣凈化廠硫磺回收單元二級硫磺冷凝器，出現(xiàn)乙二醇滲漏進(jìn)入液硫系統(tǒng)故障，經(jīng)3次停產(chǎn)維修未能解決問題。污染了液硫，導(dǎo)致整套凈化裝置停產(chǎn)檢修，給單位造成較大經(jīng)濟(jì)損失，同時給下游用戶的生產(chǎn)和生活造成很大影響。

一、滲漏原因分析

1.設(shè)備結(jié)構(gòu)原因

經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，該處的組焊方式是將夾套內(nèi)管、外管進(jìn)行堆焊封堵，再和設(shè)備本體焊接，如圖1所示。這種焊接方式容易產(chǎn)生焊接缺陷，如焊接熱裂紋、夾渣、應(yīng)力集中等，給設(shè)備泄漏留下隱患。

圖1 原設(shè)備組焊結(jié)構(gòu)示意圖

2.工藝介質(zhì)腐蝕原因

滲漏點發(fā)生在液硫出口夾套管線與設(shè)備本體連接處，內(nèi)管介質(zhì)是液硫，夾套介質(zhì)是乙二醇，滲漏處正好是焊縫位置。經(jīng)調(diào)查內(nèi)管液硫含有一定的H2S，SO2，水蒸氣等氣體，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)原因而產(chǎn)生的應(yīng)力焊接缺陷，集中應(yīng)力沒有得到消除，金屬顆粒粗大，晶間距變大，焊接裂紋必然發(fā)生。根據(jù)資料，在濕H2S的環(huán)境下，由于金屬的晶間作用，促進(jìn)了應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。

二、改進(jìn)措施

1.焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)研究，對液硫夾套管線與設(shè)備的焊接方式進(jìn)行技術(shù)改造。將設(shè)備殼體割除一塊200 mm×200 mm的孔，按照設(shè)備弧度重新制作一塊220 mm×220 mm的鋼板。讓新管線與新管線進(jìn)行焊接，新的鋼板與設(shè)備殼體外部進(jìn)行焊接。這樣做的優(yōu)點是避免了新舊材料焊接時產(chǎn)生新的缺陷。采用將夾套管線的內(nèi)管鑲嵌入新制作的鋼板與內(nèi)壁進(jìn)行焊接，外管則與該鋼板外壁焊接的焊接方式。如圖2、3所示。焊接后采用滲透著色的方法對焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢驗。該改進(jìn)的優(yōu)點是避免了多層焊接而產(chǎn)生缺陷。

圖2 改進(jìn)后管線與設(shè)備焊接圖

2.焊接工藝

圖3 改進(jìn)后內(nèi)外焊縫圖

（1）夾套管線內(nèi)、外管選型。對管線材料進(jìn)行重新選型，夾套管線外管采用Ф114×5 mm替代原 Ф108×6 mm；內(nèi)管用 Ф89×4 mm 替代原 Ф89×6 mm，鋼管材料20#鋼。這樣增加了套管的空間，有利于熱傳遞。

（2）焊前工藝處理。在新鋼板與設(shè)備本體焊接前，先按照規(guī)范，清除設(shè)備殼體外部雜質(zhì)，直到見到金屬光澤為止。打磨坡口，除去氧化鐵。然后用氧氣乙炔焰對設(shè)備本體焊口部位進(jìn)行烘烤除硫，烘烤溫度650℃，以便于除盡硫化物。烘烤結(jié)束冷卻后，用丙酮對坡口進(jìn)行清理，以進(jìn)一步去除破口處的硫化物。

（3）焊接材料選擇。焊條采用E4315焊條，該焊條是低氫鈉型藥皮的優(yōu)質(zhì)堿性碳鋼焊條，具有良好的塑性、沖擊韌性和抗裂性能，并且氧化性極低，對于去氫和脫硫有良好的效果，不易在焊縫中形成殘留物，焊縫組織良好，綜合力學(xué)性能優(yōu)越。

（4）焊口組對的要求。鋼材在發(fā)生硫裂的事故中，焊縫特別是熔合線部位最易發(fā)生破裂。因此焊口在組對時，必須保證自由狀態(tài)，不得形成拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力等本身不必產(chǎn)生的應(yīng)力且內(nèi)管采用V形坡口。

（5）焊接參數(shù)選擇。在進(jìn)行焊接時，選擇適宜的小電流，避免較大的線能量輸入；采用較為緩慢的焊接速度，便于焊接熔池中的硫等有害雜質(zhì)能充分析出。焊接時，選用 Ф2.5 mm的E4315焊條進(jìn)行打底 ，Ф3.2 mm 的E4315焊條進(jìn)行填充蓋面。

（6）焊后熱處理曲線圖（圖4）。

圖4 焊后熱處理曲線圖

（7）焊接工藝參數(shù)（ 表 1）。

表1 焊接工藝參數(shù)

三、效果

經(jīng)改進(jìn)后，設(shè)備2013年4月投入使用，未再出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。經(jīng)過多年現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)備在設(shè)計方面考慮欠佳或制造過程中馬虎等原因而產(chǎn)生缺陷的現(xiàn)象還比較多。通過對原結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，有效避免了產(chǎn)生焊接缺陷的概率，實踐檢驗證明，效果良好。