新建煉化裝置的高壓系統(tǒng)工程管理要點(diǎn)解析

滿雪峰 劉錫明 宋亞東 王永慶

中國石油大慶煉化公司

隨著煉油化工技術(shù)的不斷進(jìn)步和環(huán)保要求的不斷提高，加氫技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用也越來越廣泛，尤其是加氫精制技術(shù)使用范圍顯著提高，加氫精制技術(shù)一般需要較高的壓力和溫度，這類加氫裝置基本都包含一臺或多臺加氫反應(yīng)器，與加氫反應(yīng)器配套的管道和附屬設(shè)備大部分屬于高壓系統(tǒng)，因此，在建設(shè)此類加氫項目時嚴(yán)密細(xì)致的管控是項目按期中交、順利投產(chǎn)的關(guān)鍵。

1 項目基本情況

1.1 概況

該項目為一套新建生產(chǎn)能力為30 萬噸石蠟加氫裝置（圖1），此石蠟加氫裝置是以上游酮苯脫蠟脫油裝置的減三和減四粗蠟，減二和減三反序粗蠟及外購的氫氣為原料經(jīng)加氫反應(yīng)生成精制蠟。

圖1 石蠟加氫裝置Fig.1 Paraffin hydrogenation unit

1.1.1 反應(yīng)部分

反應(yīng)采用中壓單反應(yīng)器工藝，催化劑采用中國石油天然氣股份有限公司大慶化工研究中心開發(fā)的SP—3 保護(hù)劑和SD—2 催化劑；設(shè)置原料蠟過濾器，除去原料中大于25 μm的顆粒狀機(jī)械雜質(zhì)；設(shè)置原料蠟脫氣塔將原料蠟中的溶劑、水等雜質(zhì)脫除；采用熱高分流程，優(yōu)化換熱流程，充分回收熱量降低能耗。

1.1.2 分餾部分

分餾部分采用汽提塔+真空干燥塔，為確保催化劑、高壓設(shè)備及操作人員的安全，裝置設(shè)置緊急泄壓系統(tǒng)。冷高壓分離器和循環(huán)氫分蠟罐設(shè)置旋流脫烴器，以防止或降低高分氣因帶蠟而堵塞管線。

1.1.3 公用工程

該項目由新鮮水系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、壓縮風(fēng)系統(tǒng)、蒸汽和熱水伴熱管網(wǎng)、循環(huán)水系統(tǒng)等組成；主要由480 t 鋼結(jié)構(gòu)、4.8 萬吋焊口、52 個試壓包、11.9 km 的電氣電纜、135 km 的儀表電纜和87臺套設(shè)備構(gòu)成；采用EPC總包模式，除總包單位外還有監(jiān)理公司全程參與和第三方檢測等單位。

1.2 高壓系統(tǒng)基本情況

高壓系統(tǒng)安裝部分主要由管道、設(shè)備、管件等組成，PDMS（工廠三維布置設(shè)計管理系統(tǒng)）三維模型如圖2所示，其中高壓管道部分劃分為16個試壓包，主要介質(zhì)為循環(huán)氫氣、放空瓦斯、氮?dú)?、新氫、熱高分液、冷高分液、原料蠟，設(shè)計壓力從8.7 MPa 至13.1 MPa（因?qū)?yīng)試驗壓力為13.05～19.65 MPa，故此都視為高壓管道）。

圖2 PDMS三維模型Fig.2 PDMS three-dimensional model

1.3 高壓系統(tǒng)在裝置中的作用和施工難點(diǎn)

高壓系統(tǒng)是該裝置的核心，從原料蠟進(jìn)入裝置與高壓氫氣混合進(jìn)行反應(yīng)到下一步的熱、冷高分的分離，涵蓋裝置的核心流程，尤其循環(huán)氫和新氫的管線及4 臺氫氣壓縮器，不僅要求焊接質(zhì)量有保證，同時對焊后管線的清潔程度也有著非常高的要求。由于整個高壓系統(tǒng)涉及管線、設(shè)備、閥門、法蘭、墊片、螺栓、電儀等眾多部分，必須保證全系統(tǒng)的焊接質(zhì)量和密封要求，否則會對安全生產(chǎn)造成極大不利影響，所以對整個高壓系統(tǒng)工程管理提出了更高的要求，也是該裝置能否按時中交順利投產(chǎn)的重中之重。

2 高壓系統(tǒng)工程管理措施

2.1 設(shè)備采購管理

該項目設(shè)備采購由總包單位物資部門負(fù)責(zé)，對于高壓系統(tǒng)上所用的50 臺關(guān)鍵閥門（高壓氣動調(diào)節(jié)閥、電動和氣動切斷閥、高壓閘閥、止回閥和軌道球閥）分別從三個國家進(jìn)口（圖3），對于290臺普通高壓閘閥由蘇州紐威閥門廠供貨。通過對關(guān)鍵閥門供應(yīng)商的嚴(yán)格挑選可在源頭上保證質(zhì)量。

圖3 已安裝就位的進(jìn)口氣動調(diào)節(jié)閥Fig.3 Inlet pneumatic control valve installed in place

2.2 對到貨設(shè)備及管件的檢查驗收

整個高壓系統(tǒng)涉及眾多的管線、閥門、設(shè)備、緊固件等。首先對到場的物資進(jìn)行隨機(jī)資料和外觀的檢查，尤其是外觀的目視檢查不能流于形式，應(yīng)通過多種技術(shù)手段進(jìn)行徹底檢查。如果在檢查時發(fā)現(xiàn)有等級為7D1A 的A106 Gr.B 新氫管線表面有劃痕，則應(yīng)經(jīng)過打磨、PT、TOFD檢測后排除以上問題再進(jìn)行光譜材質(zhì)檢驗[1-2]。

閥門試壓過程需嚴(yán)格管理，尤其對于高壓閥門的試壓工作，除了閥門殼體壓力試驗外，還應(yīng)關(guān)注閥門的密封試驗。采取平時勤到試壓現(xiàn)場多檢查，安排專業(yè)監(jiān)理工程師全程監(jiān)控閥門試壓，加強(qiáng)閥門試驗質(zhì)量管控等措施。

2.3 工藝細(xì)化

高壓系統(tǒng)管線主要材質(zhì)為ASTM A106 Gr.B、ASTM A335 P11和ASTM A312 TP321構(gòu)成，設(shè)計溫度為155～350 ℃，介質(zhì)特性有毒、易燃、易爆。

根據(jù)工藝流程、P＆ID和管道設(shè)計壓力對管道進(jìn)行分組。原則上按系統(tǒng)進(jìn)行分組，將同一系統(tǒng)中壓力相同的管線編入一組或與相同壓力的其他系統(tǒng)管線編入一組。為了減少分組數(shù)量加快試壓進(jìn)度，一般將試驗壓力相差不大于0.5 MPa 且管道等級相同的管線編入一組，試驗壓力按該組中的最高壓力進(jìn)行設(shè)定。通過詳細(xì)研究工藝圖紙盡量減少試壓包數(shù)量，保證配管后續(xù)試壓高效進(jìn)行。該裝置試壓包總計52個，其中高壓系統(tǒng)試壓包16個。

2.4 高壓密封的管理

該裝置的高壓管道主要采用焊接方式連接，在管道材質(zhì)不同或者需要拆卸的地方采用高壓法蘭連接，另外還有一些高壓設(shè)備口、儀表閥門接口也采用高壓法蘭連接，例如反應(yīng)器、高壓換熱器、熱高分，冷高分、循氫分液罐、新氫分液罐的出入口都采用帶頸對焊法蘭配套金屬八角墊的形式連接。整個高壓系統(tǒng)的連接方式就是焊接加高壓法蘭連接，而采用高壓法蘭連接密封面的質(zhì)量檢查就顯得至關(guān)重要[3]。

2.4.1 建立高壓法蘭檢查制度并成立檢查小組

成立由項目組、生產(chǎn)車間、總包、監(jiān)理組成的檢查小組，小組成員經(jīng)過專業(yè)理論和實(shí)踐培訓(xùn)后緊密配合作業(yè)單位進(jìn)行高壓法蘭、墊片的安裝工作。

在高壓法蘭安裝工作前由檢查小組與作業(yè)單位一同確立《高壓法蘭安裝檢查確認(rèn)制度》，通過該制度對高壓法蘭及配套墊片嚴(yán)格管控，確定責(zé)任人。確保每一對高壓法蘭及配套墊片在安裝前都經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢查和簽字確認(rèn)，從根源上保證材料質(zhì)量。

2.4.2 高壓法蘭及八角墊片的物資管理

高壓法蘭及八角墊片到貨后經(jīng)過初步的質(zhì)量檢查后入現(xiàn)場材料庫，為防止在存放期間磕壞，采取多層置物架擺放，在每層置物架上面先鋪上軟木板再在其上面放置法蘭和墊片，法蘭與墊片都要求平放，為節(jié)約占地采用大圈套小圈的方式布置并設(shè)置明顯的標(biāo)識（圖4）。

圖4 高壓法蘭墊片的放置Fig.4 Placement of high-pressure flange gaskets

2.4.3 高壓法蘭及配套墊片進(jìn)行材質(zhì)和硬度檢測

安裝前需查閱材料表和制造標(biāo)準(zhǔn)，利用便攜式光譜檢測儀確認(rèn)高壓法蘭及配套墊片材質(zhì)是否與設(shè)計一致[4]，之后用硬度檢測儀對法蘭和墊片進(jìn)行硬度檢測[5]，確認(rèn)是否符合設(shè)計和規(guī)范要求，法蘭的硬度要高于墊片的硬度30～40 HB，這樣就可以保證在法蘭緊固時八角墊片有足夠的變形量，確保整體的密封效果。

2.4.4 高壓法蘭及八角墊片的清潔和缺陷檢查

安裝前再次確認(rèn)八角墊片是否有凹坑劃痕等缺陷，同時檢查配對的高壓法蘭密封面是否有劃痕、壓痕等缺陷[6-7]，尤其應(yīng)重點(diǎn)檢查法蘭密封水紋線上是否有貫穿性劃痕。

檢查完畢后應(yīng)將墊片和法蘭密封面用軟布擦拭干凈，不能留有雜質(zhì)。對每一對檢查過的法蘭和墊片用記號筆做好標(biāo)記并及時安裝（在安裝前可在法蘭梯形槽密封面上涂抹少許凡士林確保緊固時有一定的潤滑效果）；未及時安裝的應(yīng)做好材料保護(hù)措施，下次安裝前必須再次確認(rèn)密封面是否清潔、有無質(zhì)量缺陷[8]。

2.4.5 高壓法蘭螺栓孔的清理及高壓螺栓的清潔處理

到貨的高壓螺栓需先進(jìn)行光譜檢測和抽檢并做性能試驗，保證滿足設(shè)計要求后單獨(dú)存放并做好標(biāo)記。安裝時先將螺栓孔中大塊的鐵銹、雜物去除，用抹布將每個螺栓孔清理干凈，高壓螺栓在安裝之前必須用煤油清洗干凈，去除鐵銹、泥沙等雜物。

2.4.6 高壓密封質(zhì)量檢測

現(xiàn)場采用紅丹試驗進(jìn)行高壓密封質(zhì)量檢測。紅丹又名鉛丹、鉛紅，學(xué)名四氧化三鉛，分子式Pb3O4。一般為鮮桔紅色重質(zhì)粉末，使用需用水勾兌，現(xiàn)場為方便使用，采用膏狀紅色氧化鉛（分子式PbO）進(jìn)行試驗，由于其膏狀特質(zhì)，減少了勾兌步驟，使用效果更佳。

紅丹試驗的主要目的是檢測八角墊和高壓法蘭密封面的接觸情況，使用時先在干凈的法蘭密封面上將膏狀紅色氧化鉛均勻涂抹在法蘭面上，但涂抹太薄或太厚都會影響試驗效果，可多嘗試幾次，效果不好時用干凈軟布擦凈即可，然后重新涂抹，之后將八角墊片輕輕地放在密封面上，按壓之后人工旋轉(zhuǎn)鋼圈墊片90°，對于大口徑法蘭如DN 500及以上的可多人配合轉(zhuǎn)動，但多人協(xié)同時按壓力度要趨于一致（圖5），最后取出八角墊片，檢查法蘭密封面和墊圈的內(nèi)外圈密封線是否連貫，內(nèi)外圈密封線連續(xù)性越好代表安裝之后法蘭與墊片的接觸性越好，密封效果也越好。若密封線不連貫，出現(xiàn)時斷時續(xù)的現(xiàn)象則需要更換其他同型號墊片再進(jìn)行試驗，直至合格為止。

圖5 接觸較好的配套高壓法蘭墊片F(xiàn)ig.5 Supporting high-pressure flange gasket with good contact

現(xiàn)場做此試驗發(fā)現(xiàn)有3 片設(shè)備自帶法蘭內(nèi)槽，有幾處輕微凸起，有2片設(shè)備自帶法蘭且表面有凹坑問題，有4個八角墊片紅丹不均勻，聯(lián)系廠家后將設(shè)備自帶法蘭片進(jìn)行了補(bǔ)焊、研磨處理[9-10]，4個八角墊進(jìn)行了更換，處理合格后重新進(jìn)行紅丹試驗，合格后裝配。

2.4.7 高壓法蘭的回裝管理

高壓法蘭的安裝工作要在照明充足的環(huán)境下進(jìn)行，以防止雜物掉入密封面。高壓法蘭的相對位置應(yīng)安裝準(zhǔn)確，所有的螺栓都能順利穿入，八角墊片應(yīng)安裝平正、位置準(zhǔn)確，不得有偏斜且應(yīng)接觸良好，螺栓、螺母螺紋接觸面上涂高溫防咬合劑，法蘭凹槽均勻涂抹氯乙烯磁漆高溫密封涂料。

對于M27及以上螺栓按照中國石油煉化板塊規(guī)定需進(jìn)行定力矩緊固，主要為定量控制螺栓拉伸力和緊固扭矩控制螺栓預(yù)緊力，嚴(yán)格執(zhí)行中國石油《定力矩緊固標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)程》、CSEI/JX 0004—2018《石化過程裝備檢維修技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)。并且依照CSEI/JX 0004—2018 標(biāo)準(zhǔn)對所有參與定力矩施工的人員進(jìn)行定力矩緊固技術(shù)培訓(xùn)和作業(yè)前技術(shù)交底。定力矩緊固流程嚴(yán)格按照方案執(zhí)行[11]，定力矩數(shù)值由廠家、機(jī)械設(shè)計人員共同確定，為保證定力矩緊固效果，全程有甲方人員跟蹤記錄和確認(rèn)。

2.5 焊接質(zhì)量管理

高壓系統(tǒng)的管線材質(zhì)由A106 Gr.B、P11 和TP321 構(gòu)成，為了便于區(qū)分，統(tǒng)一編制了色標(biāo)卡，并在管線、管件表面涂刷色帶便于在使用時區(qū)分。針對不同材質(zhì)、壁厚的管線編制對應(yīng)焊接工藝卡，予以指導(dǎo)現(xiàn)場焊接。在施工過程中加強(qiáng)對焊材保存、發(fā)放、烘干的管理并重視焊接設(shè)備的檢查。高壓系統(tǒng)焊接時，嚴(yán)格按照焊接工藝卡片和管道施工方案施工[12]。焊工經(jīng)過資質(zhì)審查并現(xiàn)場試件焊接考試合格后，優(yōu)中選優(yōu)組成6個焊接小組，經(jīng)過技術(shù)交底后進(jìn)行高壓系統(tǒng)焊接，以進(jìn)一步保證焊接質(zhì)量。在焊接完成后按照設(shè)計規(guī)定對需要熱處理和RT 檢測的焊口也要重點(diǎn)監(jiān)護(hù)[13]。通過一系列有效控制措施，實(shí)現(xiàn)了高壓系統(tǒng)一次焊接合格率99.9%。

2.6 管線試壓

高壓系統(tǒng)中有TP321材質(zhì)管線，屬于奧氏體不銹鋼材質(zhì)，在焊接試壓時要特別注意焊接質(zhì)量和防腐蝕的控制[14-15]。將已成系統(tǒng)的16個高壓系統(tǒng)試壓包排好試壓計劃，由項目組、生產(chǎn)工藝技術(shù)員、施工單位配管技術(shù)員、安裝監(jiān)理工程師組成管線試壓小組，在每一個試壓包開始試壓前由各方共同檢查確認(rèn)，在試壓過程中各方沿線仔細(xì)檢查并在試壓完成后由各方現(xiàn)場簽字確認(rèn)。

試壓合格后立刻進(jìn)行管線吹掃、清洗和氣密性試驗[16]，對于壓縮機(jī)進(jìn)、出口管線，也增加了靶片爆破檢驗，進(jìn)一步提高了施工質(zhì)量。

3 結(jié)束語

石蠟加氫裝置的高壓系統(tǒng)是裝置的核心，也是本次項目建設(shè)成功與否的關(guān)鍵，因此將高壓系統(tǒng)的施工過程分解到每一步，將精細(xì)管理貫徹到每一個環(huán)節(jié)，通過嚴(yán)密細(xì)致的管理使高壓系統(tǒng)施工順利完成，在進(jìn)行管線試壓、氣密性檢測時均一次性通過。由于采取了以上更為積極的管理方法，促使該裝置于2020 年10 月27 日實(shí)現(xiàn)中交，于2020 年11月15 日生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，投產(chǎn)一次成功，完成了投資目標(biāo)，也實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效的目的，對同行業(yè)在高壓系統(tǒng)工程管理方面有一定的積極作用。