加氫反應器主法蘭泄漏原因分析及處理

王成勇

一、簡介

公司重整裝置K201預加氫第一反應器，在連續(xù)運行兩年半后，設備頂部進料法蘭出現(xiàn)泄漏，且泄漏量逐漸增大。K201預加氫第一反應器（三類容器）規(guī)格，內(nèi)徑1200mm，壁厚17mm，高10360mm，容積10.25m3。反應器操作壓力2.45MPa，工作壓力2.23MPa，設計溫度385℃，工作溫度370℃，工作介質(zhì)是加氫油（成分主要是C6～C9），腐蝕裕度2mm/a。主要構(gòu)件材料見表1。

表1 K201預加氫第1反應器材料表

二、進料法蘭泄漏情況

1.法蘭泄漏情況

泄漏處為設備頂部進料法蘭，材料0Cr13，標準SH/T 3406-1996，帶頸對焊法蘭PN5.0 DN400，密封形式為橢圓形金屬環(huán)墊密封，金屬環(huán)墊的材料0Cr13，標準為SH3403-96，緊固螺栓采用M33×260mm規(guī)格，材料35CrMoA/35CrMo的螺栓。

圖1是反應器進料法蘭照片。由于橢圓形金屬環(huán)墊與環(huán)連接面的接觸不連續(xù)，在局部區(qū)域形成斷點，造成金屬環(huán)墊與環(huán)連接面之間的密封存在間隙，形成泄漏通道。經(jīng)測量，最長不連續(xù)密封弦長約17mm，該處經(jīng)物料沖刷形成的徑向溝槽最深達0.8mm。

2.泄漏原因分析

對墊片密封來說，其泄漏狀況與被密封介質(zhì)的物性、工況條件、法蘭密封面的粗糙程度、壓緊力及墊片的基本條件、尺寸、加載卸載歷程等諸多因素有關(guān)。由于上次檢修后，更換的金屬環(huán)形墊片運行了兩年半時間未出現(xiàn)泄漏，被密封的工藝介質(zhì)也沒有發(fā)生變化，因此可以只考慮工況條件的影響。

（1）經(jīng)統(tǒng)計，反應器上次檢驗后到發(fā)生泄漏的時間段內(nèi)，開停車次數(shù)20次左右，在2.45MPa的壓力以及370℃的操作條件下，墊片發(fā)生疲勞失效，泄漏現(xiàn)象發(fā)生。

（2）長期的高溫，造成螺栓及墊片蠕變，墊片比壓下降；螺栓被拉伸，法蘭變形，此時殘余比壓若小于某一值（工作密封比壓）就會發(fā)生泄漏。

（3）泄漏一旦發(fā)生后，高壓物料從泄漏點溢出，泄漏處的密封面發(fā)生沖蝕，導致徑向凹坑出現(xiàn)。

三、防泄漏的對策及法蘭的修復和裝配

（1）加強工藝操作的平穩(wěn)性，盡量減少非計劃停車，避免反應器溫度發(fā)生急劇變化，減緩反應器的溫度變化梯度。

（2）由于法蘭上的環(huán)接觸面出現(xiàn)不均勻沖蝕，需要修復。因為反應器的容器類別是三類在役壓力容器，修理前應遵循國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。法蘭是主要的受壓元件，所以在辦理了相關(guān)手續(xù)且符合《容規(guī)》的要求后，開始修復工作。

法蘭蓋的修復比較簡單，將法蘭蓋卡在車床上，找正后用車刀修復。設備接管法蘭與設備本體相連，不具備用車床修復的條件，只能在裝置現(xiàn)場使用專用工具修復，圖2是修理現(xiàn)場照片。專用工具由支承盤、中軸和刀架3部分組成。將支撐盤固定在法蘭接管上，在支撐盤上對稱分布八個頂絲，用來找正調(diào)整刀架；將中軸和刀架安裝到支承盤上并找正后，將車刀安裝在刀架上，通過人力推動刀架在接管法蘭上做圓周運動切削環(huán)接面，用23°角度模板校正，最后再用研磨的方法，使切面的表面粗糙度達到：槽斜面Ra1.6，槽底面Ra6.3。

（3）法蘭裝配要點。在裝配溫度（環(huán)境溫度）下的墊片蠕變，可通過使用改進的螺栓擰緊補償方法操作。應該包括首次擰緊后某個時候再次擰緊，最好在幾個小時之后、幾天之后最理想。在裝置現(xiàn)場采用力矩扳手按照一定順序及力矩值擰緊螺栓，隨后在升溫穩(wěn)定后8h、24h、72h分別再次擰緊螺栓，以此來補償墊片及螺栓在高溫下產(chǎn)生的蠕變。

四、修復后運行效果

法蘭修復后，更換新的橢圓形金屬環(huán)墊，經(jīng)現(xiàn)場研磨，確認環(huán)墊與環(huán)接面均勻接觸，所形成的密封線連續(xù)無斷點，做PT檢查合格后安裝。經(jīng)試壓、氣密試驗合格后交付生產(chǎn)，經(jīng)過一個大修周期（3年）的使用未發(fā)生泄漏，周期檢修時拆卸法蘭檢查密封面，工作狀態(tài)良好。 W 11.12-31