油品儲罐連接金屬軟管失效原因及預(yù)防措施

許 偉

（廣東石化公司，廣東揭陽 522000）

0 引言

金屬軟管是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備連接管線中的重要組成部件，具有耐腐蝕、耐壓、耐震、高柔性及安裝便捷等諸多優(yōu)點，金屬軟管在油品儲罐進出口有著廣泛的應(yīng)用，對儲罐的長周期運行發(fā)揮著舉足輕重的作用，若其出現(xiàn)問題不能及時解決，將會對儲罐平穩(wěn)運行帶來嚴(yán)重威脅，針對近年油品儲罐抗震用金屬軟管（以下簡稱金屬軟管）失效問題進行分析并提出預(yù)防措施，確保煉油企業(yè)儲油罐長周期運行。

1 金屬軟管簡述

1.1 金屬軟管結(jié)構(gòu)

金屬軟管是由接頭法蘭、波紋管、網(wǎng)套等結(jié)構(gòu)組成（圖1）。

波紋管是由管壁極薄的無縫或縱焊縫不銹鋼管經(jīng)過高精度塑性加工成型的。由于波紋管的主要材料是采用奧氏體不銹鋼，因而保證了軟管優(yōu)良的耐溫性和耐腐蝕性。同時，波紋金屬軟管的彈性決定了其具有良好的柔軟性和抗疲勞性，很容易吸收各種運動變形和循環(huán)載荷，尤其在管路系統(tǒng)中有補償橫向位移的能力。波紋管外層的網(wǎng)套是由不銹鋼絲編織而成，是金屬軟管安裝在管道中的主要承壓件，同時對波紋管起保護作用。波紋金屬軟管兩端的接頭法蘭的連接通常有：兩端平焊法蘭連接及一端固定，另一端活套法蘭兩種連接方式，在安裝過程中后者比前者靈活，能夠有效防止軟管的強行扭轉(zhuǎn)。

圖1 金屬軟管結(jié)構(gòu)

1.2 儲罐運行過程中所發(fā)揮的作用

根據(jù)《輕質(zhì)油品儲罐技術(shù)導(dǎo)則》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)要求，儲罐的主要進出口管道應(yīng)采用撓性連接或彈性連接方式。同時，西部煉廠地質(zhì)結(jié)構(gòu)上部為礫卵石層，顆粒粗大，結(jié)構(gòu)松散，多大孔結(jié)構(gòu)，滲透性能較強。按《中國地震烈度區(qū)劃圖》本廠地震烈度為7 度。根據(jù)SY/T 4073—1994《儲罐抗震用金屬軟管和波紋補償器的選用標(biāo)準(zhǔn)》要求，油品儲罐均符合設(shè)置金屬軟管的條件。儲罐進出口管道上加設(shè)波紋金屬軟管，可以有效地減輕儲罐的地震破壞，并用來補償儲罐的地基下沉、管線的熱脹冷縮和施工時的安裝偏差，避免嚴(yán)重的次生災(zāi)害等。

2 金屬軟管失效原因分析

油品車間金屬軟管失效原因主要體現(xiàn)在以下5 個方面。

2.1 金屬軟管網(wǎng)套缺陷

金屬軟管在制造階段，由于焊接質(zhì)量原因在波紋管、接管及網(wǎng)套的三位一體的焊接過程中造成部分鋼絲的虛焊、未焊透或過燒。這些缺陷在出廠檢驗時又不易被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)軟管投入使用一段時間后，在介質(zhì)壓力的作用下，存在焊接缺陷的鋼絲先拉托，進而造成外部承壓的鋼絲變形、內(nèi)部金屬波紋管鼓包。2019 年2月臨近檢修末期，油品儲罐柴油5#、7#罐，汽油10#罐發(fā)生不同程度的鼓包現(xiàn)象（圖2）。

2.2 異種鋼焊接導(dǎo)致焊縫開裂

金屬軟管波紋管與接頭法蘭的連接方法大多數(shù)采用焊接工藝，當(dāng)接頭法蘭為碳鋼時，由于碳鋼中不含有奧氏體不銹鋼中所含有的成分，焊接過程中發(fā)生焊接稀釋，造成焊縫結(jié)構(gòu)為馬氏體組織，焊縫力學(xué)性能、耐腐蝕性能大幅度降低，在機械疲勞及腐蝕等因素的共同作用下軟管焊縫開裂，金屬軟管失效。如2017年12 月，93#罐西側(cè)至71#罐（MTBE罐）管線金屬軟管出現(xiàn)泄漏（圖3）。

2.3 波紋管爆裂

圖2 10#罐進口軟管鼓包情況

因為設(shè)計選型失誤或工藝操作不當(dāng)?shù)仍?，?dǎo)致波紋管及網(wǎng)套的參數(shù)不適用于當(dāng)前工況。經(jīng)過一段時間的使用，由于波紋管與網(wǎng)套貼合不緊密，軟管內(nèi)超溫超壓，導(dǎo)致軟管發(fā)生爆裂。例如，2016 年5 月21 日下午，罐區(qū)巡檢人員在巡檢途中聽到一聲巨響，立即趕往現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)24#罐進口金屬軟管破損，車間立即進行妥善處理。后經(jīng)查明，在高溫作用下氣化，軟管內(nèi)甲醇導(dǎo)致軟管內(nèi)壓力急劇升高，在軟管薄弱處發(fā)生爆裂（圖4）。

圖3 MTBE 罐金屬軟管焊縫開裂情況

2.4 安裝不當(dāng)

圖4 24#罐爆裂金屬軟管

在實際的安裝過程中由于軟管的尺寸與連接管線存在偏差，為完成安裝對軟管施加額外的應(yīng)力，強行拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲及沖撞軟管，當(dāng)附加的應(yīng)力超過軟管鋼絲網(wǎng)套的極限強度時，會使軟管三位一體的焊接部位焊縫出現(xiàn)裂紋，進而造成金屬軟管失效。

2.5 其他原因

由于選型不當(dāng)同樣會造成金屬軟管失效：選取金屬軟管的長度過長，增加額外成本，同時增加流體的阻力，引起附加的振動；選取金屬軟管長度過短，軟管處于拉伸狀態(tài)，產(chǎn)生過度拉伸，導(dǎo)致軟管疲勞損壞。此外，進出儲罐介質(zhì)振動頻率與金屬軟管固有頻率相同時，產(chǎn)生共振，加速軟管疲勞破壞造成軟管失效。

3 預(yù)防金屬軟管失效的措施

近年來油品儲罐共發(fā)生金屬軟管失效6 件/年，金屬軟管的失效輕則造成儲罐單機停運，嚴(yán)重時會影響裝置安全生產(chǎn)，預(yù)防金屬軟管失效應(yīng)從選型、安裝以及日常的操作、維護等方面的考慮，主要措施如下。

3.1 合理選型

根據(jù)實際生產(chǎn)情況合理選用金屬軟管材質(zhì)、管徑、壓力、溫度、長度及固有頻率等。金屬軟管長度的相關(guān)計算公式如下：

式中 L——金屬軟管的長度，mm

Rs——金屬軟管的彎曲半徑，mm

D——金屬軟管通徑，mm

L1、L2——金屬軟管接頭長度，mm

Y——橫向位移量，mm

式中 f1——儲罐基本自振頻率，Hz

T1——儲罐基本自振周期，s

r1——底圈罐壁平均半徑，m

t1/3——液面高度1/3 處的罐壁厚度，m（不包括腐蝕裕度）

r0——儲罐體形系數(shù)（按表1 選?。?/p>

hw——液面高度，m

表1 儲罐體形系數(shù)r0

表1 中，d1為儲罐底圈罐壁平均直徑，m。

通常嚴(yán)格按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進行生產(chǎn)的金屬軟管固有頻率高于10 Hz，因此儲罐與儲存介質(zhì)耦聯(lián)振動頻率低于7 Hz 時可以不考慮共振問題。

3.2 規(guī)范安裝過程

3.2.1 嚴(yán)格控制收貨標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)SY/T《儲罐抗震用金屬軟管和波紋補償器的選用標(biāo)準(zhǔn)》對金屬軟管進行如下檢驗：

（1）產(chǎn)品質(zhì)量合格證書。

（2）產(chǎn)品規(guī)格、型號、外觀等應(yīng)符合《儲罐抗震用金屬軟管和波紋補償器的選用標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

（3）與金屬軟管相關(guān)設(shè)計文件是否齊全等。

3.2.2 規(guī)范安裝過程

安裝過程中應(yīng)遵循以下要求：

（1）金屬軟管應(yīng)設(shè)置在儲罐根部第一道閥門與管線連接處，使儲罐與管線之間形成軟連接。

（2）在罐根部閥經(jīng)常處于密閉狀態(tài)的管線上安裝金屬軟管時，應(yīng)在其管線上設(shè)置泄壓裝置。

（3）對于兩個或兩個以上儲罐管錢工藝管線想通或當(dāng)罐前管線工藝流程處于帶壓狀態(tài)時，應(yīng)在金屬軟管后設(shè)置控制閥。

（4）在施工過程中要防止焊渣飛濺到軟管上。

（5）安裝過程中不應(yīng)強行軸向拉伸或壓縮避免由于強行拉伸、壓縮或彎曲造成金屬軟管的網(wǎng)套脫網(wǎng)。嚴(yán)禁用硬質(zhì)工具砸、敲金屬軟管的外表面，同時杜絕應(yīng)采用強緊法蘭、螺栓的方法消除安裝偏差。

（6）在日常操作中應(yīng)避免金屬軟管超溫超壓運行，尤其在高溫天氣下，應(yīng)及時泄除因管線內(nèi)介質(zhì)氣化所產(chǎn)生的壓力。同時加強對金屬軟管的檢查及維護力度，利用更換閥門與密封墊片的時機，檢查波紋管內(nèi)部及焊縫的完好情況，酌情、及時更換。

（7）加大培訓(xùn)力度，讓員工對軟管結(jié)構(gòu)與作用有更清楚的認(rèn)識，提高操作人員及技術(shù)人員的責(zé)任心。

4 結(jié)束語

金屬軟管自身的缺陷，在出廠檢驗時不容易被發(fā)現(xiàn)，投用后因自身缺陷及操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻氖栴}可能導(dǎo)致安全事故，對儲罐的安全運行危險極大，不可忽視。只有弄清金屬軟管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及失效原因，對失效現(xiàn)象進行分析和研究，采取有效的防范措施，才能確保金屬軟管處于安全的工作狀態(tài)，為儲罐的平穩(wěn)運行保駕護航。