張 璽

(中國(guó)石油哈爾濱石化分公司，黑龍江省哈爾濱市 150056)

加氫改質(zhì)裝置高壓臨氫管道裂紋的處理

張 璽

(中國(guó)石油哈爾濱石化分公司，黑龍江省哈爾濱市 150056)

中國(guó)石油哈爾濱石化分公司加氫改質(zhì)裝置在使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該裝置的高壓臨氫管道上的熱偶接管和主管道連接角焊縫發(fā)生泄漏，隨即停工進(jìn)行排查，停工排查期間又發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器入口管線(xiàn)熱電偶接管和主管道連接角焊縫發(fā)生泄漏。該公司立即制定了更換失效部位主管段的搶修方案，在搶修過(guò)程中選用適宜的保護(hù)措施、切割方法、焊接工藝以及熱處理過(guò)程。通過(guò)更換母材，排查類(lèi)似焊道等措施，消除了隱患，恢復(fù)生產(chǎn)。

高壓臨氫管道 焊口開(kāi)裂 不銹鋼焊接

為了提高柴油產(chǎn)品質(zhì)量，改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，中國(guó)石油哈爾濱石化分公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)哈爾濱石化分公司)“十一五”期間建設(shè)一套由反應(yīng)、分餾和公用工程三部分組成的0.8 Mt/a中壓加氫改質(zhì)裝置。本裝置采用雙劑串聯(lián)尾油全循環(huán)的中壓加氫改質(zhì)工藝。反應(yīng)部分采用爐前混氫、冷高分方案，分餾部分采用脫丁烷塔和常壓塔出輕、重柴油方案。加氫改質(zhì)裝置以催化柴油和常減壓蠟油為原料，主要產(chǎn)品是輕柴油、重柴油、輕重石腦油、粗液化氣和燃料氣。

1 失效故障的發(fā)生

2011年9月發(fā)現(xiàn)該裝置的反應(yīng)爐出口線(xiàn)上的熱電偶接管和主管道連接角焊縫發(fā)生泄漏。該管道及熱電偶接管材質(zhì)為T(mén)P321，規(guī)格分別為φ273.05 mm ×28.58 mm、φ48.26 mm ×7.14 mm，管道內(nèi)介質(zhì)為混氫油，設(shè)計(jì)壓力13 MPa，操作壓力9.5～10.5 MPa，工作溫度低于400℃，泄漏點(diǎn)見(jiàn)圖1。發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)后車(chē)間立即對(duì)加氫高壓臨氫系統(tǒng)進(jìn)行排查，將管線(xiàn)上帶有接管的部位的保溫層全部拆除，檢查所有接管焊道。經(jīng)過(guò)檢查，又發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器入口線(xiàn)熱電偶接管和主管道連接角焊縫發(fā)生泄漏，管道及熱電偶接管規(guī)格分別為φ323.85 mm ×33.32 mm、φ48.26 mm ×7.14 mm，材質(zhì)同樣為T(mén)P321。

2 失效故障的處理

2.1 停工搶修

圖1 爐出口焊縫泄漏Fig.1 Leakage of the welding seam in furnace outlet

為確保安全生產(chǎn)，車(chē)間決定立即停工搶修，制定搶修方案。發(fā)生故障的部位位于加氫裝置反應(yīng)單元，該反應(yīng)單元流程為典型的爐前混氫、冷高分方案。原料油經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料泵(P-2102)抽出升壓，與循環(huán)氫混合，再與反應(yīng)產(chǎn)物換熱(E-2101/AC)，經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐(F-2101)加熱至反應(yīng)溫度后進(jìn)入加氫精制反應(yīng)器(R-2101)。在車(chē)間技術(shù)人員的指揮下熄滅反應(yīng)爐，切斷進(jìn)料。將加氫反應(yīng)系統(tǒng)降溫降壓，用高壓氮?dú)庵脫Q反應(yīng)系統(tǒng)中的氫氣。測(cè)氧測(cè)爆合格后，切斷失效管段的流程，將反應(yīng)加熱爐出口和反應(yīng)器入口分別打開(kāi)，加盲板與系統(tǒng)隔離。

2.2 切割故障管段

哈爾濱石化分公司決定將發(fā)生失效故障的兩段主管進(jìn)行切割更換。為避免發(fā)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，在反應(yīng)系統(tǒng)和被隔離管段分別引入氮?dú)獗Ｗo(hù)設(shè)備，保證微正壓。由于加氫裝置的設(shè)備與管線(xiàn)在硫化氫與氫氣的環(huán)境下具有還原性，這會(huì)導(dǎo)致硫化亞鐵的垢物成為主要產(chǎn)物。一旦奧氏體材料被激活就會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。TP321不銹鋼材料(特別是在焊接的熱影響區(qū))長(zhǎng)期高溫下運(yùn)行或冷加工變形過(guò)大等條件下容易受到敏化，所以在搶修過(guò)程中要避免設(shè)備接觸空氣和水。

在切割?yuàn)W氏體不銹鋼時(shí)，施工單位選用等離子切割機(jī)進(jìn)行切割作業(yè)，切割效果見(jiàn)圖2。等離子切割速度快，速度可達(dá)普通氣焊的5～6倍，并且切割面光潔，熱變形小，幾乎沒(méi)有熱影響區(qū)。為了保證搶修進(jìn)度和質(zhì)量，切割作業(yè)人員必須經(jīng)驗(yàn)豐富、技能熟練。切割時(shí)務(wù)必選用合適的空載電壓和弧柱電壓，合適的電流及工作氣體流量。在保證質(zhì)量的前提下應(yīng)盡可能提高速度，這不僅可以提高生產(chǎn)率，而且能減少被切割部位的變形量和熱影響區(qū)，否則會(huì)使黏渣增加，切割質(zhì)量下降。

圖2 故障管段切割效果Fig.2 Sketch map of the disabled pipe

2.3 更換新管段

為了將管材焊透和焊條能直接觸及焊縫根部，從而保證焊縫的完全融合，必須將管材進(jìn)行預(yù)制。加氫高壓、高溫系統(tǒng)管道管壁較厚，普通氣割、砂輪機(jī)加工難度大，精度差、效率低，無(wú)法滿(mǎn)足工程的需要，尤其不能滿(mǎn)足焊接、組對(duì)以及焊縫質(zhì)量的要求。所以，新購(gòu)進(jìn)的母材管段在坡口加工車(chē)床上進(jìn)行預(yù)制和鉆孔，預(yù)制后的管件見(jiàn)圖3。主管段坡口型式采用V型坡口，將現(xiàn)場(chǎng)切割后的母材坡口嚴(yán)格打磨后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量長(zhǎng)度，確定新管段的尺寸。將所有坡口進(jìn)行探傷檢測(cè)，確認(rèn)質(zhì)量后清洗干凈。

圖3 預(yù)制后的管件Fig.3 The prefabricated pipe

選擇與母材成分相近的焊材，焊絲為T(mén)GF308L，焊條為A132。支管承插焊接選擇手工電弧焊，主管段選擇氬電聯(lián)焊，填充焊采取多層多道焊的焊接工藝。在保證焊透及熔合良好的條件下，采用小線(xiàn)能量，焊接時(shí)保持適當(dāng)?shù)暮附铀俣龋⒖刂迫鄢販囟炔灰^(guò)高。施焊時(shí)確保起弧和收弧處的質(zhì)量，起弧時(shí)應(yīng)保證母材熔透，收弧時(shí)應(yīng)將弧坑填滿(mǎn)。多層焊間的接頭應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)并注意層間清理。采用短電弧、窄焊道、不擺動(dòng)或小擺動(dòng)的操作方法，盡量保持電弧電壓的穩(wěn)定，熔敷金屬寬度不得超過(guò)焊條直徑的三倍。嚴(yán)格控制層間溫度，不得高于100℃?，F(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)需要采取具有針對(duì)性的措施，增加焊縫層間檢驗(yàn)程序，保證厚壁管道檢驗(yàn)和返修達(dá)到檢驗(yàn)要求。主管段組對(duì)、打底焊后，做一遍滲透檢驗(yàn)，填充焊接一遍時(shí)，進(jìn)行100%射線(xiàn)檢驗(yàn)，合格后進(jìn)行下一道焊接。后面每層焊接后都要進(jìn)行滲透檢測(cè)。焊接完成、表面處理合格并經(jīng)熱處理后再進(jìn)行滲透。

2.4 焊縫的熱處理

由于焊接引起的溫度不均勻分布，焊接金屬熱脹冷縮，所以伴隨焊接施工必然產(chǎn)生殘余應(yīng)力［1］。為改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力都需要對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。加氫裝置由于高溫和臨氫腐蝕的特點(diǎn)，選用的管線(xiàn)材質(zhì)一般為T(mén)P321等，有穩(wěn)定化熱處理的工藝要求，因此制訂具有針對(duì)性的成熟的焊接及熱處理工藝是保證焊縫質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。

熱處理過(guò)程的升溫速度不限，恒定溫度為(900±10)℃，壁厚≤25 mm的管材需保溫2 h;保溫時(shí)間隨管道壁厚的增加而增加，增加數(shù)量為4.7 min/mm;恒溫結(jié)束后，即刻進(jìn)行空氣冷卻。

3 結(jié)束語(yǔ)

中壓加氫改質(zhì)裝置高溫高壓管道經(jīng)過(guò)精心的焊前準(zhǔn)備、嚴(yán)格的施工過(guò)程管理、合理的焊接工藝和焊后熱處理，以及現(xiàn)場(chǎng)管道預(yù)制口、安裝口的合理安排，管道安裝質(zhì)量非常理想，圓滿(mǎn)完成了焊接施工任務(wù)，為以后同類(lèi)材質(zhì)的施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］田錫唐.焊接結(jié)構(gòu)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991:63-65

Treatment of Cracks in HP Hydrogen Pipeline in Hydro－upgrading Unit

Zhang Xi
(PetroChina Harbin Petrochemical Company，Harbin，Heilongjiang 150056)

In the operation of hydro－upgrading unit in PetroChina Harbin Petrochemical Company，the angle weld between thermal couple and main line of HP hydrogen pipeline of the unit leaked，and the unit had to be shutdown for inspection and maintenance.In the inspection during the unit shutdown，another leak was found on the angle weld in the connection of thermal couple and main pipeline of reactor inlet line.The failed main pipeline was replaced.Appropriate protection measures，cutting methods，welding process and heat treatment were adopted in the maintenance.The effective maintenance and replacement of base materials，etc have eliminated the safety hazards and the unit is restored to normal operation successfully.

HP hydrogen pipeline，weld cracks，stainless steel welds

TE986

B

1007－015X(2012)03－0028－03

2012－01－ 03;修改稿收到日期:2012－04－12。

張璽，(1981－)，2004年畢業(yè)于黑龍江大學(xué)化學(xué)專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)任哈爾濱石化聯(lián)合裝置車(chē)間設(shè)備技術(shù)員。

(編輯 張向陽(yáng))