關(guān)慶賀 劉曉旭 張 光

(中國(guó)石油遼陽(yáng)石油化纖公司 遼陽(yáng) 111003)

C5管道凍裂原因分析與控制措施

關(guān)慶賀 劉曉旭 張 光

(中國(guó)石油遼陽(yáng)石油化纖公司 遼陽(yáng) 111003)

C5油品含水不僅影響工藝過(guò)程的正常進(jìn)行，而且造成過(guò)程設(shè)備與管道的腐蝕及凍凝。通過(guò)對(duì)C5油品含水凍裂管道的原因分析，討論了C5油品含水與凍裂管道的控制措施。結(jié)果發(fā)現(xiàn)C5油品含水是因塔底重沸器U形管束內(nèi)漏所致，而管道凍裂同樣是由于裝置檢修時(shí)定期檢驗(yàn)的不到位。建議裝置在工藝過(guò)程增加油水分離罐的同時(shí)，注重壓力容器與管道的定期檢驗(yàn)。

管道凍裂 管束內(nèi)漏 油水分離 定期檢驗(yàn)

入冬,某石化裝置的C5管道在與彎頭焊接的直管(20#鋼管φ89×6mm)段靠近焊縫的薄弱部位因凍脹沿縱向開裂170mm(圖1)。原因是脫丁烷塔重沸器管束內(nèi)漏導(dǎo)致C5帶水,加之氣溫低,造成管道凍裂(由于冰的體積大于水,則管道內(nèi)冰體積的增大,引起管道受內(nèi)壓,管道壁上過(guò)大的環(huán)向應(yīng)力引起了縱向開裂)。對(duì)此最為重要的是解決C5含水問(wèn)題,這需要從C5源頭的工藝過(guò)程及脫丁烷塔重沸器管束的內(nèi)漏控制做起。

1 C5源頭工藝過(guò)程與滲水節(jié)點(diǎn)排查

C5源頭的工藝過(guò)程見圖2:來(lái)自C01儲(chǔ)罐的C5(含丁烷)經(jīng)E01加熱器被來(lái)自S01脫丁烷塔底的C5(不含丁烷)加熱后,從S01的21層浮閥塔盤上方進(jìn)入,經(jīng)脫丁烷后降落到塔底重沸器集液槽內(nèi)被E02重沸器U形管束的中壓蒸汽再次加熱,然后從塔底流出經(jīng)E01冷卻,再經(jīng)E03水冷器冷卻后去C02儲(chǔ)罐;而脫出的丁烷從S01塔頂流出,經(jīng)E04水冷器冷卻后進(jìn)入C03回流罐,然后一部分回流到S01,另一部分去C04丁烷儲(chǔ)罐。這里需要關(guān)注的是過(guò)程中的4臺(tái)熱交換器,技術(shù)特性見表1。

圖1 C5管道凍裂全貌

圖2 C5源頭工藝過(guò)程

表1 熱交換器技術(shù)特性

經(jīng)取樣分析,來(lái)自C01儲(chǔ)罐的C5不含水。從工藝過(guò)程和表1中看到:E01是兩種C5換熱;E03和E04分別是C5、丁烷與循環(huán)水換熱,并且循環(huán)水的工作壓力較工藝介質(zhì)C5和丁烷的工作壓力低,就是管束發(fā)生內(nèi)漏,開工時(shí)循環(huán)水也不可能進(jìn)入到工藝介質(zhì)中;而E02管程走的是中壓蒸汽,極有可能因管束內(nèi)漏進(jìn)到C5中,經(jīng)后序的冷卻而凝結(jié)為水含于C5中。

2 C5管道含水與凍裂的控制

2.1 重沸器U形管束內(nèi)漏控制

查設(shè)備檔案:重沸器U形管束是1993年12月設(shè)計(jì),1995年8月隨S01塔制造出廠,1996年5月安裝,1997年7月使用。運(yùn)行記錄一直到2014年5月,2014年6月停運(yùn),2016年10月隨裝置檢修后再次使用。從檢修記錄顯示:1998年4月、2003年5月、2006年8月、2009年5月、2011年5月、2013年7月、2016年8月隨裝置檢修,這次2016年11月發(fā)生事故后再次檢修(堵管2根)。檔案中沒(méi)有制造備臺(tái)更換管束的記錄?？梢?從制造使用日期到現(xiàn)在,管束已隨塔器服役近20年。

檔案資料顯示:管束從使用到現(xiàn)在一直沒(méi)有制造備臺(tái)更換過(guò),經(jīng)近20年服役,在今年隨裝置檢修后,僅運(yùn)行1個(gè)多月即發(fā)生泄漏,修理(堵管2根)后繼續(xù)運(yùn)行。而每次檢修程序:拆卸管箱→抽出管束→清洗管束→水壓試驗(yàn)(殼體工裝)→回裝管束。沒(méi)有見到檢驗(yàn)報(bào)告,管束能否繼續(xù)使用值得商榷。

重沸器U形管束是1993年設(shè)計(jì)的,竣工圖中沒(méi)有注明設(shè)計(jì)使用年限。一般碳鋼熱交換器的設(shè)計(jì)使用年限為10年［1］,其中管束為3年。按TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程及修訂說(shuō)明》規(guī)定:達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的壓力容器(未規(guī)定設(shè)計(jì)使用年限,但是使用超過(guò)20年的壓力容器視為達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限),如果要繼續(xù)使用,使用單位應(yīng)當(dāng)委托有檢驗(yàn)資質(zhì)的特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)參照定期檢驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn),必要時(shí)按照本規(guī)程8.9的要求進(jìn)行安全評(píng)估(合于使用評(píng)價(jià)),經(jīng)過(guò)使用單位主要負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后,辦理使用登記證書變更,方可繼續(xù)使用。所以,重沸器U形管束應(yīng)隨S01塔一起進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)定,安全評(píng)估是否合于使用。

可見,重沸器U形管束應(yīng)隨裝置檢修時(shí)與塔器一起進(jìn)行定期檢驗(yàn),然后根據(jù)定期檢驗(yàn)報(bào)告的結(jié)論再進(jìn)行使用。定期檢驗(yàn)時(shí),不能僅根據(jù)水壓試驗(yàn)是否滲漏來(lái)通過(guò)管束的檢驗(yàn)合格,而應(yīng)注重管束的管接頭與換熱管等部位的檢查:管接頭中換熱管與管板端的焊縫處及換熱管與管板孔的貼脹處,而換熱管則在管板孔背面、折流板的管孔處及U形管的彎管部位。在查看均勻腐蝕的同時(shí)關(guān)注局部腐蝕,尤其是換熱管內(nèi)外壁的結(jié)垢以及垢下腐蝕的形貌(凹坑或穿孔),同時(shí)觀察是否有因管束振動(dòng)而產(chǎn)生刻痕?？傊?管束的檢驗(yàn)是熱交換器定期檢驗(yàn)的重點(diǎn)與難點(diǎn),決定檢驗(yàn)結(jié)論的合理性,關(guān)系熱交換器檢修后使用的可靠性,影響裝置運(yùn)行的長(zhǎng)期性。

2.2 塔頂安全閥整定壓力控制

由于S01脫丁烷塔的設(shè)計(jì)壓力為1.5MPa(工作壓力1.3M Pa),而重沸器U形管束管內(nèi)用中壓蒸汽(3.4MPa,360℃)加熱管外塔底重沸器集液槽內(nèi)的C5。為防止管束泄漏時(shí)中壓蒸汽進(jìn)入塔內(nèi)超壓,S01塔頂出口管道上安裝了安全閥,整定壓力設(shè)為1.5MPa。由于S01塔竣工圖沒(méi)有注明設(shè)計(jì)壽命并且使用接近20年,塔頂安全閥的整定壓力應(yīng)小于塔的設(shè)計(jì)壓力。

按GB 150.1—2011《壓力容器及釋義》中附錄B確定安全閥的整定壓力:S01塔的超壓限度(Δp)應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力的10%或20kPa中的較大值,即Δp≤0.15MPa;安全閥整定壓力偏差(δ)不應(yīng)超過(guò)±3%pz或±0.015MPa的較大值。根據(jù)安全閥相關(guān)壓力與整定壓力之間的關(guān)系［2］,確定S01塔頂安全閥的整定壓力為1.45MPa為宜,即能保證塔器的安全,又能因管束中壓蒸汽內(nèi)漏安全閥及時(shí)啟跳報(bào)警。

2.3 C5含水與管道凍裂的控制

油品含水不僅影響工藝過(guò)程,而且更造成過(guò)程設(shè)備與管道的腐蝕與凍凝問(wèn)題。為此,工程上通常用油水分離罐來(lái)除去油品中的含水［3］。油水分離罐一般采用臥式容器［4］,較立式容器更容易合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了使油品中含水在分離罐內(nèi)充分沉降并有效分離,根據(jù)油品處理量確定在罐內(nèi)必要的停留時(shí)間即容積空間及結(jié)構(gòu)尺寸,在罐的底部開設(shè)的分水包與油出口之間設(shè)置溢流油隔水板,并合理開設(shè)油品進(jìn)口、放空口及安全附件等接口,油水分離罐的設(shè)計(jì)與制造既要滿足工藝要求,又要保證安全可靠性。這種油水分離罐可以安裝在C01塔底C5出口管道上,以解決C5含水問(wèn)題。

圖3 C5管道凍裂局部放大

圖3 是C5管道凍裂部位局部放大照片,可以看出凍裂管道因腐蝕而脫落的氧化皮使管壁減薄,鋼管表面呈現(xiàn)腐蝕麻點(diǎn)與凹坑。從圖1的C5管道凍裂全貌照片看,凍裂管道位于與彎頭的焊接處,彎頭阻力使C5中積水流動(dòng)緩慢,增加了凍凝機(jī)會(huì),使凍裂發(fā)生在靠近彎頭的鋼管薄弱部位。而這卻發(fā)生在裝置檢修后開工1個(gè)多月,由此暴露出裝置檢修時(shí)管道檢驗(yàn)不到。C5管道凍裂案例提示,管道即是連接過(guò)程設(shè)備的受壓元件,又是輸送流體的承壓通道,也應(yīng)像壓力容器那樣進(jìn)行定期全面檢驗(yàn),檢修時(shí)應(yīng)注重定點(diǎn)測(cè)厚,監(jiān)測(cè)管壁沖刷與腐蝕情況,根據(jù)檢驗(yàn)報(bào)告的結(jié)論,及時(shí)更換管道,并加強(qiáng)日常巡檢與維護(hù),使管道處于完好狀態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上C5含水凍裂管道原因的分析與控制的討論,得出防止C5含水凍裂管道的控制措施。

1)對(duì)U形管束蒸汽內(nèi)漏進(jìn)行控制。裝置檢修時(shí)應(yīng)重視管束的定期檢驗(yàn),不能僅根據(jù)水壓試驗(yàn)是否滲漏來(lái)判定管束的檢驗(yàn)合格,而應(yīng)注重管束的檢查并合理確定安全狀況等級(jí)與檢驗(yàn)結(jié)論。根據(jù)定期檢驗(yàn)結(jié)論,提前計(jì)劃管束備臺(tái)或修理后繼續(xù)使用。塔頂安全閥整定壓力應(yīng)合理確定,即要保證塔器安全,又能超壓開啟報(bào)警,提示管束內(nèi)漏及時(shí)修理,減少C5含水。

2)對(duì)塔底C5可能含水輸出進(jìn)行控制。根據(jù)工藝過(guò)程及塔處理量,在塔底輸出管道上,合理增設(shè)油水分離罐,使C5含水量達(dá)到工程要求。

3)對(duì)C5輸出管道檢驗(yàn)進(jìn)行控制。裝置檢修時(shí),在注重壓力容器等設(shè)備檢修檢驗(yàn)的同時(shí),尚應(yīng)重視管道的定期全面檢驗(yàn),并加強(qiáng)日常維護(hù)與管理,使其處于合于使用狀態(tài)。

［1］ HG/T 20580—2011 鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定 ［S］．［2］ 李崇勇，張雅新，張光．液化石油氣儲(chǔ)罐安全閥整定壓力確定的討論［J］．中國(guó)特種設(shè)備安全，2015，31(9)：27-30．

［3］ 張少鵬．油水分離罐油水界位控制方案的選擇［J］．石油化工自動(dòng)化，2011，47(4)：66-67．

［4］ 吉紅軍，張偉，趙振強(qiáng)，等．新型回流罐在精餾塔中的應(yīng)用 ［J］．河南化工，2004，（4）：36-37．

Analysis and Control Measures of C5Pipe Frost Crack

Guan Qinghe Liu Xiaoxu Zhang Guang
(Petrochina liaoyang petroleum chemical fi ber company Liaoyang 111003)

Water in C5oil not only in fl uences the normal process, but also causes corrosion and freezing of process equipment and pipelines. With the analysis of frost crack causes of C5oil pipeline, this paper discussed the control measures of water in C5oil and pipeline frost crack. The results showed that the water in C5oil is caused by leakage of U tube bundle of reboiler in tower bottom, and the frost crack is also due to the unful fi llment of regular inspection during device maintenance. It is suggested to add gun barrel in the plant, and pay attention on regular inspection for the pressure vessel and pipeline.

Pipe cracking Tube leakage Oil-water separation Periodic inspection

X933.4

：B

1673-257X(2017)07-0079-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.07.019

關(guān)慶賀（1983～)，男，本科，工程師，從事壓力容器建造工作。

張光，E-mail： zhangguang-ly@petrochina．com．cn。

2017-01-09）