高壓氧氣管道檢修及陣列渦流在線檢測的實踐應(yīng)用

自曉東， 李守民， 何曉方

(萬華化學(xué)(寧波)有限公司， 浙江寧波 315812)

1 工藝背景

空分裝置來的純氧分流成4路，分別經(jīng)氧氣流量調(diào)節(jié)閥、氧氣切斷閥后，進(jìn)入工藝燒嘴的中心通道和外通道。高壓氧氣系統(tǒng)管道一旦出現(xiàn)裂紋、斷裂，會發(fā)生純氧泄漏，引發(fā)火災(zāi)和爆炸等嚴(yán)重事故。檢修過程中，如果沒有脫脂徹底、吹掃干凈，在投料引氧過程中就有可能發(fā)生重大事故。2020年，利用套系氣化爐檢修機(jī)會，檢查造氣裝置界區(qū)內(nèi)氧氣支線管線，發(fā)現(xiàn)氧氣管線的多個彎頭和管道焊縫出現(xiàn)不同程度裂紋。2021年，利用裝置大修，提前對造氣裝置總管進(jìn)行檢查，制定檢修策略，確保氧氣管線安全穩(wěn)定運行[1]。造氣裝置氧氣管道參數(shù)見表1。

表1 造氣裝置氧氣管道參數(shù)

2 氧氣管線出現(xiàn)裂紋的原因分析

2.1 母材未進(jìn)行固溶處理

華東理工大學(xué)化工機(jī)械研究所對缺陷彎頭進(jìn)行分析。第一次裂紋取樣在熱影響區(qū)附近，此處有析出物并不能說明母材未作固溶處理。在離熱影響區(qū)較遠(yuǎn)位置另外取樣，磨制金相后在高倍鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)晶界上有碳化物析出。結(jié)論為304奧氏體不銹鋼的彎頭未進(jìn)行固溶處理。

通過固溶處理，不銹鋼合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化不銹鋼的固溶，可提高其塑性、韌性、抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。未進(jìn)行固溶處理的氧氣彎頭，焊接時熱影響區(qū)會進(jìn)一步增加晶界的碳化物析出，加速應(yīng)力開裂。

2.2 氯離子腐蝕

華東理工大學(xué)利用掃描電子顯微鏡配套的能譜儀對未清洗彎管裂紋斷面進(jìn)行能譜測試，發(fā)現(xiàn)其主要成分為 Fe、Cr、Ni、Cl等。檢測出了敏感元素Cl，3個檢測位置的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.76%、1.00%、0.71%。彎管材質(zhì)為304奧氏體不銹鋼，推斷是氯離子引起應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致彎管開裂。

查詢《API RP 581—2016 基于風(fēng)險的檢測技術(shù)》，氧氣管線開裂的位置靠近氣化爐附近，表面溫度為50～60 ℃，符合矩陣中風(fēng)險對應(yīng)(見表2)。

表2 氯離子腐蝕風(fēng)險評估表

綜上分析，認(rèn)為氧氣管線應(yīng)力開裂的原因如下：

(1) 氧氣管線冷加工后的彎頭未進(jìn)行固溶處理，導(dǎo)致高硬度馬氏體相無法轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，提高了應(yīng)力腐蝕開裂的敏感度。

(2) 存在外部氯離子，其來源為沿海大氣以及每月氧氣管線查漏使用的洗衣粉配置液。

(3) 與高溫環(huán)境腐蝕有關(guān)。開裂的氧氣管線離氣化爐較近，管線表面溫度較高。

3 改進(jìn)措施

3.1 檢查和維修氧氣支管

檢查所有支管氧氣管道，對缺陷的氧氣管線進(jìn)行更換。

(1) 泄壓

氣化爐套系停車后，對支管氧氣管道進(jìn)行泄壓。同時，根據(jù)氧氣管道總管壓力表的變化，檢查氧氣支管總切斷閥的內(nèi)漏情況。

(2) 隔離

采用管道斷開的方式進(jìn)行隔離?，F(xiàn)場拆除氧氣支管流量計，斷開氧氣支管，切斷閥后三通管道，高壓氮氣手閥鉛封上鎖，單套系統(tǒng)上鎖。

(3) 滲透檢測

利用砂輪機(jī)對氧氣管道彎頭和焊縫表面進(jìn)行初期打磨處理，清除管道表層的銹跡、雜物，使其具備滲透檢測條件。對照氧氣管線單線圖，檢測人員使用清洗劑清洗彎管、管道焊縫等檢測部位。將滲透劑均勻噴涂在待檢管道位置，待滲透劑充分滲透后再次使用清洗劑清洗管道外表滲透劑，使用著色劑進(jìn)行噴涂顯色檢測。

施工人員使用砂輪片對滲透不合格處進(jìn)行初步打磨，每打磨1 mm深度，做1次滲透檢測，直到合格為止。

打磨深度超過4 mm以上，且滲透檢測仍不合格時，需對管道進(jìn)行切割更換。管線焊接前需要預(yù)先安裝工藝燒嘴，將4個燒嘴都安裝好后方可進(jìn)行舊管道的切割打磨，以防止管道變形和偏差。管道切割前，使用導(dǎo)鏈對管道進(jìn)行有效固定，防止管道割開后發(fā)生下沉滑落危險[2]。

氬弧焊接底層時，管內(nèi)應(yīng)充氮保護(hù)；焊完后，應(yīng)趁高溫用鋼絲刷將焊縫表面刷干凈，檢查焊接質(zhì)量；蓋面層焊接完成后，及時清除焊渣和飛濺物，并用鋼絲刷刷干凈表面后，檢查焊接質(zhì)量。

使用酸洗液對每道焊口及周邊進(jìn)行酸洗，酸洗后用鈍化膏均勻擦拭焊口。對已焊完的焊縫進(jìn)行外觀檢查，合格后需要再進(jìn)行滲透自檢和射線檢測，方可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。

氧氣管道返修合格后，應(yīng)對管道進(jìn)行水壓試驗。氧氣管道采用液壓試驗時，試壓水泵必須除油，試驗介質(zhì)應(yīng)是無油介質(zhì)。水壓試驗時，不銹鋼管線使用氯離子質(zhì)量濃度<10 mg/L的工業(yè)水進(jìn)行試壓。試驗壓力為設(shè)計壓力的1.5倍，即13.5 MPa。

鋪設(shè)一根DN50 聚乙烯臨時管道，將需要酸洗的管道和彎頭通過軟管連接，回液至清洗槽后進(jìn)行清水循環(huán)。氧氣管道采取清洗液充滿的循環(huán)清洗方式。當(dāng)酸洗液的濃度不再變化且總鐵濃度趨于穩(wěn)定值(Fe3+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在750×10-6以下)時，向系統(tǒng)內(nèi)充入儀表空氣并排放酸洗液。酸洗結(jié)束后進(jìn)行清水沖洗，當(dāng)出口水pH>5.0，且進(jìn)出口沖洗水的pH趨于平衡時，水洗結(jié)束。將脫脂液按體積比為1%的比例注入清洗系統(tǒng)內(nèi)，對氧氣管線和閥門進(jìn)行循環(huán)脫脂，脫脂時間為8～12 h。脫脂結(jié)束后，使用潔凈干燥無油的氮氣對管道進(jìn)行干燥，直至管道出口無脫脂液為止。管線檢修結(jié)束后，使用高壓氮氣對管線進(jìn)行工藝吹掃和氣密試漏。

3.2 氧氣總管的檢查和檢修策略

進(jìn)一步排查氧氣總管到裝置的管線，考慮總管正常投用內(nèi)部有連續(xù)輸出的高壓氧氣，不能在管道表面進(jìn)行打磨動火，綜合評估后使用陣列渦流的方法檢測氧氣總管缺陷。對25個彎頭進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，其中10個彎頭存在缺陷，結(jié)合陣列渦流的檢測結(jié)果，對缺陷做射線檢測，均顯示正常。大修前先對氧氣總管進(jìn)行檢測，可減少氧氣總管檢修費用。

3.3 氧氣管道的日常維護(hù)策略

對氧氣管道進(jìn)行整體的防腐處理，避免氧氣管線和外界環(huán)境直接接觸；和工藝優(yōu)化中心共同尋找合適的氧氣管線試漏劑，經(jīng)過多次試驗后決定采用純化水配制1∶100洗手液稀釋液。向洗手液稀釋液中加入定量的碳酸鈉,使其碳酸鈉質(zhì)量濃度為40×10-6～80×10-6g/L(2.5 L噴壺中對應(yīng)0.1～0.2 g)，調(diào)節(jié)pH值在8～10之間。檢查氧氣管線和框架接觸的支管臺，避免不銹鋼管線滲碳腐蝕[3-4]。

4 結(jié)語

全面排查3套氧氣管線，共處理55處缺陷，其中更換33處彎頭、管道，修復(fù)22處裂紋，氧氣支管缺陷隱患得到100%整改，保證了裝置的穩(wěn)定和安全運行。

氧氣管線是氣化爐穩(wěn)定運行的前提和保障。通過分析氧氣管線裂紋的產(chǎn)生，可避免氯離子引起的管線應(yīng)力腐蝕開裂；同時，陣列渦流檢測方法為化工連續(xù)高危壓力管道的檢測提供了有價值的參考。