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        凝結(jié)水彎頭穿孔原因及對(duì)策

        2016-12-12 05:43:15
        石油化工腐蝕與防護(hù) 2016年2期
        關(guān)鍵詞:管程沖蝕凝結(jié)水

        陳 相

        (中國(guó)石化銷售有限公司華中分公司,湖北 武漢 430014)

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        凝結(jié)水彎頭穿孔原因及對(duì)策

        陳 相

        (中國(guó)石化銷售有限公司華中分公司,湖北 武漢 430014)

        凝結(jié)水 沖蝕 汽水共存 加工硬化

        1 穿孔情況

        某裝置有三條凝結(jié)水管線,一條主凝結(jié)水線,公稱通徑DN150,匯集溶劑油系統(tǒng)、常壓、精制、分餾穩(wěn)定崗位重沸器凝結(jié)水和各伴熱線凝結(jié)水,另外兩條分別從氣分E4002和穩(wěn)定V1305單獨(dú)引出,公稱通徑DN100和DN50,分別接入鍋爐凝結(jié)水罐V1510。管線復(fù)雜,彎頭眾多,尤其是主凝結(jié)水線(見(jiàn)圖1)。從2005年6月起,彎頭多次穿孔,尤其是圖1中所示A和B兩個(gè)區(qū)域,圖1中所標(biāo)彎頭先后都發(fā)生穿孔。一旦穿孔,由于不能進(jìn)行工藝切出檢修,只好進(jìn)行帶壓堵漏處理,給裝置日常維護(hù)增加了許多費(fèi)用。

        圖1 凝結(jié)水流程

        2 原因分析

        將發(fā)生的穿孔彎頭(公稱通徑DN100)氣割下來(lái)(如圖2所示),可以看出,穿孔發(fā)生在彎頭背部約45°的部位,呈橢圓形,長(zhǎng)軸平行于彎頭軸線,穿孔方向由里至外,彎頭內(nèi)壁光滑,尤其是穿孔四周,減薄較多。彎頭肘部?jī)?nèi)壁平行于軸線方向,有許多肉眼可見(jiàn)的深約0.5 mm的延彎頭軸線方向的劃痕。按彎頭測(cè)厚分布點(diǎn)(見(jiàn)圖3)用UTM-101H測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)厚,結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 彎頭測(cè)厚參數(shù)

        圖2 彎頭穿孔尺寸

        圖3 彎頭測(cè)厚分布點(diǎn)

        根據(jù)以上情況,凝結(jié)水彎頭穿孔是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程,彎頭穿孔周圍呈槽、溝、波紋和山谷形,還顯示有方向性[1],同時(shí)彎頭是管件中的重要組成部分,由于其結(jié)構(gòu)的特殊性,相對(duì)于其他部位,更容易遭受流體介質(zhì)的沖刷腐蝕,彎頭的沖蝕磨損比直管部分的磨損大約嚴(yán)重50倍[2]。因此確定彎頭穿孔是由介質(zhì)沖蝕所致,沖蝕又被稱為磨蝕,是由于流體和金屬表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的金屬加速破壞,它與介質(zhì)、流速、金屬或合金的性質(zhì)等因素有關(guān)。

        2.1 蒸汽進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)

        (1)重沸器處不能充分換熱,致使凝結(jié)水中夾帶蒸汽,汽水共存,沖刷彎頭。

        圖1A區(qū)典型的屬于此種情況,該段管線凝結(jié)水主要來(lái)自E1315,該換熱器為浮頭式換熱器,型號(hào)為TBJS900-2.5-210-6/25-4,主要為汽油分割塔T1305提供熱源,換熱面積210 m3,2003年5月投用。管程介質(zhì)為蒸汽,入口平均溫度285 ℃,檢修前出口溫度平均185 ℃,2006年5月裝置大修,發(fā)現(xiàn)由于制造缺陷,管箱隔板沒(méi)有完全壓入隔板槽中, E1315管板隔板槽邊緣沖蝕出一條約4×45°坡口,致使管程蒸汽部分短路,靠近隔板槽一排換熱管焊縫沖蝕,管頭穿孔,換熱器內(nèi)漏。管程短路使汽油分割塔底熱源不夠,蒸汽使用量增大,同時(shí)換熱器長(zhǎng)時(shí)間使用后,管束結(jié)垢,換熱效果變差。部分蒸汽沒(méi)有冷凝,直接進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽與比蒸汽溫度低的凝結(jié)水相遇時(shí), 會(huì)產(chǎn)生熱沖擊。蒸汽所占的體積比凝結(jié)水要大得多,當(dāng)蒸汽體積突然減小時(shí),會(huì)向整個(gè)系統(tǒng)放出沖擊波。同時(shí),凝結(jié)水中夾帶蒸汽,汽水共存,產(chǎn)生大量的氣泡,隨著氣泡的聚集和破裂,在以40 m/s 的速度在管道中傳輸?shù)恼羝苿?dòng)下,破壞任何改變汽流方向的管件,高速流動(dòng)的凝結(jié)水沖鑿金屬表面,對(duì)管件,尤其是90°彎頭,造成破壞性的沖蝕。

        (2)眾多伴熱線疏水閥失效或被短接,伴熱蒸汽直接進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)。

        疏水閥的作用是自動(dòng)排放蒸汽管道和設(shè)備中的冷凝水,同時(shí)有效地阻止蒸汽排放。裝置中伴熱線錯(cuò)綜復(fù)雜,根據(jù)伴熱要求,管線上選用的大部分是圓盤式疏水閥,圓盤式疏水閥由于其本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使用壽命比較短,失效后蒸汽泄漏嚴(yán)重。同時(shí)由于疏水閥和管線都是采用活套螺紋聯(lián)接,使用時(shí)間較長(zhǎng),螺紋腐蝕損壞,密封失效后,在進(jìn)行檢修時(shí),由于管線腐蝕減薄,焊接難度大,大多數(shù)情況下是將活接部分的疏水閥取消,用稍大一規(guī)格的無(wú)縫鋼管直接連接,致使伴熱系統(tǒng)的蒸汽直接進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)中。

        2.2 凝結(jié)水pH值過(guò)高

        為除去鍋爐水中殘存的易結(jié)垢的金屬離子,通常在爐水中加一定量的磷酸三鈉,使其與鈣、鎂離子反應(yīng),達(dá)到除垢的目的,但當(dāng)加藥不當(dāng)或加藥過(guò)多時(shí),雖然鈣、鎂離子能被除去,但大量的鈉離子溶于水中,導(dǎo)致了鍋爐的pH值上升,當(dāng)pH值超過(guò)12,總堿質(zhì)量濃度不小于14 mg/L時(shí),蒸汽品質(zhì)變差,進(jìn)而造成凝結(jié)水管道的堿性腐蝕。這種腐蝕雖然不是彎頭穿孔的主要原因,但它廣泛地存在于蒸汽系統(tǒng)中,加速了彎頭沖蝕穿孔的形成。

        3 改進(jìn)措施及對(duì)策

        3.1 減少汽水共存現(xiàn)象

        大修中對(duì)換熱器E1315管束進(jìn)行了高壓清洗,對(duì)隔板槽進(jìn)行補(bǔ)焊,對(duì)管箱隔板進(jìn)行了堆焊打磨修復(fù),使隔板與隔板槽通過(guò)管箱墊片,良好密封,消除了管程短路現(xiàn)象。在油性變化不大,加工量增大的情況下,日平均蒸汽消耗量明顯下降,同時(shí)管程出口溫度平均降為170 ℃左右(見(jiàn)圖4)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮,可以對(duì)換熱器取熱量進(jìn)行衡算,選用合適的疏水閥裝在管程出口,即可以減少直接進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)蒸汽量,又可以大幅降低蒸汽消耗量,節(jié)約了能源。

        3.2 對(duì)凝結(jié)水線易穿孔彎頭進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)

        影響彎頭磨損的因素有介質(zhì)速度、介質(zhì)性質(zhì)、沖刷角度、彎頭材料和幾何尺寸,彎頭抵抗沖蝕的能力和自身材料性能有著密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō),原來(lái)耐蝕性能較好的材料將會(huì)顯示出較好的耐沖蝕性能,韌性材料的沖蝕磨損主要是由于介質(zhì)沖刷作用下的表面塑性變形、疲勞和介質(zhì)的不斷切割。對(duì)易穿孔的碳鋼彎頭(20號(hào)鋼),材質(zhì)更換為耐蝕性較好的304,20號(hào)鋼和304,機(jī)械性能對(duì)比見(jiàn)表2[3]。

        圖4 換熱器蒸汽量消耗對(duì)比

        力學(xué)性能σb/(N·mm-2)σs(σ0.2)/(N·mm-2)δ5,%ψ,%硬度(HB)20號(hào)鋼41024525551563045202054060≤187

        由表2可見(jiàn),304的韌性和抗拉強(qiáng)度優(yōu)于20號(hào)鋼,更為重要的是304屬于奧氏體不銹鋼,具有很強(qiáng)的材料加工硬化的特征,凝結(jié)水對(duì)彎頭肘部?jī)?nèi)壁的沖刷,基本是一個(gè)物理的過(guò)程,在沖刷的過(guò)程中,彎頭內(nèi)壁表面塑性有所下降,強(qiáng)度有所提高,在沖刷集中部位,形成一層光滑而致密的耐磨層,有效提高了彎頭的耐沖蝕性能。在日常維修可更換的穿孔彎頭部位,嘗試使用304彎頭,使用一年時(shí)間,經(jīng)測(cè)厚,沖蝕量小于1 mm,取得了不錯(cuò)的效果。

        3.3 對(duì)伴熱線進(jìn)行改造

        由于裝置地處南方,氣溫低于0 ℃的時(shí)間比較少,對(duì)不需要的伴熱線進(jìn)行關(guān)停。集中對(duì)常用的伴熱線進(jìn)行改造,建立了疏水閥臺(tái)帳,采用使用壽命較長(zhǎng)、性能更好的自由浮球式疏水閥,定期進(jìn)行測(cè)溫檢查,及時(shí)更換失效的疏水閥,根據(jù)實(shí)際使用情況選用合適的疏水閥,既節(jié)約了蒸汽消耗量,又減少汽水混合物對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)的沖蝕。

        3.4 事先預(yù)防

        在日常設(shè)備維護(hù)工作中,對(duì)容易穿孔部位的彎頭加強(qiáng)監(jiān)控,定期進(jìn)行一次測(cè)厚,估算出沖蝕減薄率,在減薄到一定程度后,事先在沖蝕部位進(jìn)行焊補(bǔ),待管線能進(jìn)行工藝切出時(shí)再更換彎頭,減少了帶壓堵漏的發(fā)生。

        3.5 強(qiáng)化管理

        4 結(jié) 語(yǔ)

        在不便于改變管線工藝結(jié)構(gòu)的情況下,通過(guò)減少凝結(jié)水系統(tǒng)中汽水共存現(xiàn)象,提高易穿孔彎頭材質(zhì)等級(jí),適當(dāng)增加彎頭壁厚,提高蒸汽品質(zhì),可以有效延長(zhǎng)凝結(jié)水彎頭使用壽命,減少?gòu)濐^穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。

        [1] 周本省.工業(yè)水處理技術(shù)(第2版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:81.

        [2] 李詩(shī)卓,董祥林.材料的沖蝕磨損與微動(dòng)磨損[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987:1-10.

        [3] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第1卷)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991:3,27-40.

        (編輯 張向陽(yáng))

        Causes of Fracture of Condensate Water Elbow and Countermeasures

        ChenXiang

        (ChanglingStationofHuazhongBranchofSINOPECSalesCompany,Wuhan430014,China)

        condensate water,impingement erosion,co-existence of water and steam,hardening

        2015-09-18;修改稿收到日期:2016-01-05。

        陳相,工程師,大學(xué)本科學(xué)歷,1992年畢業(yè)于湖南省機(jī)械工業(yè)學(xué)校機(jī)械制造專業(yè)?,F(xiàn)今在該公司長(zhǎng)嶺庫(kù)站主要從事輸油設(shè)備管理工作。E-mail:13975009200@163.com

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