徐紅梅 曹 莉

作者通聯(lián)：山西焦化股份有限公司甲醇廠 山西洪洞廣勝寺 041606

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一、前言

預(yù)熱爐是甲醇裝置的主要設(shè)備，是利用燃燒氣的燃燒熱將爐管內(nèi)的鍋爐水、氧氣+蒸汽、焦?fàn)t氣+蒸汽進(jìn)行加熱的設(shè)備，爐管由三段盤(pán)管組成，其中上段盤(pán)管將鍋爐給水的溫度由100℃加熱到120℃，中段盤(pán)管將氧氣+蒸汽由230℃加熱到400℃，下部盤(pán)管將焦?fàn)t氣+蒸汽由500℃加熱到660℃，而后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化。預(yù)熱爐焦?fàn)t氣聯(lián)箱是由10根爐管加熱的焦?fàn)t氣+蒸汽的入、出口匯集的設(shè)備。運(yùn)行中輻射段出口聯(lián)箱發(fā)生泄漏，經(jīng)過(guò)綜合分析，對(duì)聯(lián)箱進(jìn)行改進(jìn)。

二、改進(jìn)前運(yùn)行情況

預(yù)熱爐安裝試壓時(shí)，就出現(xiàn)輻射段盤(pán)管第三根出口管與出口聯(lián)箱相連處泄漏現(xiàn)象，出口聯(lián)箱上部表面產(chǎn)生裂紋，進(jìn)行了補(bǔ)焊修復(fù)。2008年輻射段盤(pán)管出口聯(lián)箱法蘭又發(fā)生泄漏，停車(chē)換墊并更換連接螺栓。

2009年預(yù)熱爐輻射段盤(pán)管與出口聯(lián)箱焊縫處再次泄漏并著火，預(yù)熱爐輻射段盤(pán)管出口共有10根Φ89mm×7mm的管與Φ457mm×20mm的出口聯(lián)箱相連。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)從下部往上共有6根管與出口聯(lián)箱相連的角焊縫有不同程度的裂紋，其中最長(zhǎng)的有140mm，短的有50mm。

三、出口聯(lián)箱泄漏原因分析

1.原設(shè)計(jì)及制造存在缺陷

（1）預(yù)熱爐安裝試壓期間出現(xiàn)輻射段盤(pán)管第三根出口管與出口聯(lián)箱相連處發(fā)生泄漏，出口聯(lián)箱上部表面產(chǎn)生裂紋，進(jìn)行了補(bǔ)焊修復(fù)；經(jīng)對(duì)原設(shè)計(jì)圖進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)預(yù)熱爐輻射段盤(pán)管出口引出管與出口聯(lián)箱的焊接結(jié)構(gòu)原始設(shè)計(jì)不完善（沒(méi)有角焊縫的焊接詳圖），施工單位在現(xiàn)場(chǎng)制作時(shí)也未按相關(guān)焊接規(guī)范進(jìn)行焊接，焊接工藝存在不完善，不到位現(xiàn)象。

（2）在第二次泄漏后的檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)原引出管與出口聯(lián)箱的角焊縫存在焊角高度不夠且未焊透、聯(lián)箱與引出管熔合不好等缺陷。出口聯(lián)箱在修復(fù)坡口打磨過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)母材本身存在環(huán)狀?yuàn)A層及蜂窩狀氣孔缺陷。

（3）出入口聯(lián)箱的材料及厚度經(jīng)過(guò)校核計(jì)算不能滿(mǎn)足工藝條件。計(jì)算依據(jù)壓力管道規(guī)范GB/T 20801.3-2006第3部分中的第26頁(yè)。

（4）預(yù)熱爐出口聯(lián)箱強(qiáng)度計(jì)算。預(yù)熱爐出口聯(lián)箱設(shè)計(jì)參數(shù)。管道出廠標(biāo)準(zhǔn)選定為GB/T 4237—2007，外徑457mm，壁厚20mm，材料 310S（0Cr25Ni20Ⅱ），管道設(shè)計(jì)溫度 660℃，設(shè)計(jì)壓力2.33MPa。（具體計(jì)算過(guò)程略）。厚度t應(yīng)是管道的實(shí)際厚度減去管道的負(fù)偏差（C1）再減去管道的腐蝕裕量（C2）。依據(jù)GB/T 14976—2002標(biāo)準(zhǔn)中外徑和壁厚的允許偏差一覽表，取C1為實(shí)際厚度的5%，依據(jù)華東理工大學(xué)出版的化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)中表14-6腐蝕裕量一覽表，由于該管道為不銹鋼材料且為單面腐蝕，選C2=0，t=管道實(shí)際厚度-C1-C2=19mm。根據(jù) GB/T 20801.3-2006標(biāo)準(zhǔn)中第26頁(yè)，選用直管的內(nèi)壓設(shè)計(jì)計(jì)算公式（1）。

式中D—管外徑，mm

p—設(shè)計(jì)壓力，MPa

Φ—焊件縱向焊接接頭系數(shù)，按GB/T 20801.2-2006表A.3，A.4查表

S—設(shè)計(jì)溫度下管道組成件金屬材料的許用應(yīng)力，MPa

Y—計(jì)算系數(shù)，當(dāng)t＜D/6按第26頁(yè)表16查取

在不同溫度和壓力下直管段材料應(yīng)力的計(jì)算（計(jì)算過(guò)程略）。660℃時(shí)310S（0Cr25Ni20Ⅱ）的許用應(yīng)力為14.6MPa。當(dāng)管段在660℃、壓力2.33MPa時(shí)，Y值采用內(nèi)差法算得Y=0.7，所需許用應(yīng)力S=26.39MPa＞14.6MPa (同一溫度下的實(shí)際許用應(yīng)力)，因此在660℃、2.33MPa工況下，聯(lián)箱不能滿(mǎn)足使用要求。

政治經(jīng)濟(jì)學(xué)批判視域中法與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)內(nèi)生關(guān)系的生成——兼論社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的法治向度 …………………………………………………… 王 程（3．61）

將材料改為316（0Cr17Ni12Mo2），壁厚改為25mm，設(shè)計(jì)條件不變的情況下，660℃時(shí)316（0Cr17Ni12Mo2）的許用應(yīng)力為46.2MPa。S=26.39MPa＜46.2MPa，因此在 660℃、2.33MPa 工況下，材料為316（0Cr17Ni12Mo2），壁厚為25mm的聯(lián)箱能夠滿(mǎn)足使用要求。

3.盤(pán)管與聯(lián)箱連接強(qiáng)度不夠

泄漏部位均在盤(pán)管與出口聯(lián)箱的角焊縫處，可以判定盤(pán)管與聯(lián)箱連接強(qiáng)度不夠。

4.預(yù)熱爐出口聯(lián)箱熱應(yīng)力限位存在缺陷

泄漏部位均在角焊縫下部，出口聯(lián)箱熱膨脹下移對(duì)角焊縫產(chǎn)生拉力作用，而焦?fàn)t氣管線的彈簧支撐和熱膨脹及應(yīng)力補(bǔ)償存在缺陷，導(dǎo)致熱應(yīng)力不能被有效吸收和補(bǔ)償。

四、改進(jìn)的必要性

（1）出口聯(lián)箱在安裝試壓時(shí)第三根管就因泄漏進(jìn)行過(guò)修復(fù)，2009年11月焊縫修復(fù)已是第二次，根據(jù)壓力容器、壓力管道相關(guān)規(guī)范要求，焊縫修補(bǔ)不能超過(guò)三次，因此該聯(lián)箱以后出現(xiàn)類(lèi)似情況已不能再進(jìn)行修復(fù)。

（2）2009年11月修復(fù)工作是冬季施工，作業(yè)環(huán)境對(duì)施焊極其不利，致使焊縫焊接時(shí)存在氣孔或裂紋進(jìn)行了多次打磨返修；且因受到修復(fù)條件限制，修復(fù)工作存在諸多不規(guī)范的作業(yè)等，都對(duì)出口聯(lián)箱的安全使用壽命造成一定影響。

（3）出口聯(lián)箱在坡口打磨過(guò)程中的母材本身存在缺陷（環(huán)狀?yuàn)A層及蜂窩狀氣孔），雖然修復(fù)后現(xiàn)階段開(kāi)車(chē)沒(méi)有問(wèn)題，但不能保證長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)合以上幾方面的原因，考慮到甲醇裝置的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，若要徹底解決聯(lián)箱存在的設(shè)計(jì)、制造等方面的缺陷，必須對(duì)聯(lián)箱進(jìn)行改進(jìn)。

五、改進(jìn)措施

（1）針對(duì)聯(lián)箱與出口盤(pán)管的連接強(qiáng)度較弱，制定改進(jìn)方案。考慮到聯(lián)箱的法蘭在出口聯(lián)箱檢修隔離、管道置換、焊縫質(zhì)量保證的重要性，決定不改變聯(lián)箱與上部焦?fàn)t氣管線的法蘭連接形式。

采用聯(lián)箱管接頭補(bǔ)強(qiáng)的方式，預(yù)先將加強(qiáng)管與聯(lián)箱焊接好，盤(pán)管與出口聯(lián)箱的加強(qiáng)管采用對(duì)接焊型式，此道焊縫在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接。此方案需嚴(yán)格按照焊接規(guī)范進(jìn)行焊接工藝的編制和實(shí)施，保證角焊縫的質(zhì)量。

（2）入口聯(lián)箱改進(jìn)。為確保預(yù)熱爐安全運(yùn)行，對(duì)入口聯(lián)箱也采用上述方法進(jìn)行改進(jìn)，以免類(lèi)似泄漏發(fā)生。

（3）聯(lián)箱材料及厚度改變。出口聯(lián)箱材料由310S（0Cr25Ni20Ⅱ）改為316（0Cr17Ni12Mo2）；規(guī)格由Φ457mm×20mm改為Φ457mm×25mm。

（4）預(yù)熱爐出口聯(lián)箱熱應(yīng)力限位改為硬限位。從預(yù)熱爐盤(pán)管與焦?fàn)t氣管線的熱膨脹方向考慮，出口聯(lián)箱底部必須加硬約束（必須從地面打基礎(chǔ)進(jìn)行支撐）。以防出口聯(lián)箱管線熱膨脹下移，對(duì)引出管產(chǎn)生向下的拉力。

（5）管道熱膨脹及彈簧支撐校核。對(duì)預(yù)熱爐到轉(zhuǎn)化爐之間的熱力管線的彈簧支撐重新進(jìn)行應(yīng)力校核，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)出口管熱膨脹重新進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)熱膨脹量，避免支撐對(duì)管道熱膨脹造成應(yīng)力約束。對(duì)預(yù)熱爐至轉(zhuǎn)化爐的氧氣管線、焦?fàn)t氣管線彈簧支撐位置進(jìn)行測(cè)繪，交由設(shè)計(jì)院進(jìn)行校核，對(duì)不合理的支撐位置重新布置。

六、改進(jìn)后效果

2010年6月對(duì)輻射段盤(pán)管出口聯(lián)箱進(jìn)行了更換，2011年5月對(duì)輻射段入口聯(lián)箱進(jìn)行了更換，對(duì)不合理的支撐位置重新進(jìn)行布置，到目前為止，該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，未再產(chǎn)生泄漏。