杜焜+李艷松

【摘 要】中國石油化工股份有限公司洛陽分公司S Zorb裝置加工能力1.5Mt/a，于2013年10月建成投產(chǎn)。在2016年7月，因再生器取熱盤管泄漏，導(dǎo)致再生器二級(jí)旋分器料腿堵塞，吸附劑大量跑損，生產(chǎn)維持困難，進(jìn)行停工消缺。逐一切除6根取熱盤管，通過取熱盤管排凝排放、發(fā)現(xiàn)3#、5#取熱盤管泄漏。根據(jù)再生器器壁割除后的檢查情況，找到具體泄漏位置。分析得出故障產(chǎn)生的主要原因?yàn)槿岜P管在有介質(zhì)和無介質(zhì)的情況下的伸縮量較大，而固定取熱盤管的連接槽鋼與J型螺栓均固定過死，導(dǎo)致取熱盤管在應(yīng)力最集中部位開裂泄漏。在施工難度過大的情況下，提出解決措施與施工方案，通過容器器壁割除，對泄漏取熱盤管進(jìn)行整組更換。同時(shí)對取熱盤管的連接槽鋼與J型螺栓進(jìn)行改造，消除盤管過大的應(yīng)力。

【關(guān)鍵詞】S Zorb；再生器；取熱盤管；泄漏

一、故障描述

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司S Zorb裝置加工能力1.5Mt/a，于2013年10月建成投產(chǎn)。在2016年7月，陸續(xù)出現(xiàn)再生器取熱盤管泄漏，導(dǎo)致取熱水汽漏入再生器內(nèi)。因再生器內(nèi)溫度達(dá)到500℃，所以暫時(shí)未有明顯故障現(xiàn)象。但隨著泄漏量增大，在再生器內(nèi)部二級(jí)旋風(fēng)分離器料腿處的流動(dòng)死區(qū)，部分水蒸氣與吸附劑發(fā)生反應(yīng)。吸附劑本身含有ZnO和SiO2，在水熱條件下生產(chǎn)淺黃色固體Zn2SO4。Zn2SO4在高溫?zé)Y(jié)下形成固體硬塊，堵塞二級(jí)旋風(fēng)分離器料腿，造成再生器吸附劑的大量跑損。

S Zorb再生器共有六組取熱盤管。一旦懷疑盤管泄漏，就需要將六組盤管逐一切除，打開D123器壁前排凝，看是否有煙氣及吸附劑排出。若排出煙氣及吸附劑，說明該盤管發(fā)生泄漏。經(jīng)過2次排查后，確認(rèn)3#、5#取熱盤管泄漏。

為維持正常生產(chǎn)，暫時(shí)將泄漏的兩組取熱盤管切除后加盲板隔離。再生器剩余4組盤管取熱量暫可維持再生器的正常運(yùn)行。但旋風(fēng)分離器的跑劑問題越發(fā)嚴(yán)重。裝置于2016年8月28日停工消缺。

二、故障解體檢查

通過對再生器器壁割除檢查取熱盤管，印證了之前3#、5#取熱盤管泄漏判斷。盤管泄漏部位有明顯的Zn2SO4結(jié)塊情況，且盤管內(nèi)部已被吸附劑堵實(shí)。剝?nèi)ケP管表面的Zn2SO4硬塊后，裂紋清晰可見。

檢查結(jié)果顯示，泄漏的2根取熱盤管都有以下幾個(gè)相同特點(diǎn)：①固定取熱盤管的J型螺栓均變形與取熱盤管卡死；②泄漏點(diǎn)都在取熱盤管出口大小頭小頭處；③漏點(diǎn)均是焊縫的融合線開裂；④泄漏焊縫均是縱向環(huán)焊縫的正下方。1#、2#取熱盤管隨未發(fā)生泄漏，但大小頭小頭處焊縫也已開裂。

三、故障成因分析

根據(jù)盤管泄漏位置以及特征，分析有三種可能性導(dǎo)致焊縫本身存在缺陷：一是焊接質(zhì)量差導(dǎo)致焊縫開裂；二是腐蝕原因造成焊縫開裂；三是焊接部位存在應(yīng)力，造成焊縫開裂。

（一）焊接質(zhì)量問題

該三處焊縫，從外觀檢查焊縫外觀完好，僅在融合線部位出現(xiàn)二道環(huán)向凹槽。通過查閱再生器取熱盤管的質(zhì)量證明文件可知，該部位焊縫經(jīng)過射線、超聲波、磁粉檢測均合格。再次對該焊縫進(jìn)行光譜檢測，結(jié)果證明焊接所用材料沒有問題，對焊縫及母材進(jìn)行硬度檢測，也未發(fā)現(xiàn)異常。因此，可以證明焊縫本身的焊接質(zhì)量沒有問題。

（二）焊縫腐蝕開裂

根據(jù)再生器內(nèi)部環(huán)境分析，最有可能存在兩種腐蝕情況，即磨蝕和硫腐蝕。

1.磨蝕

再生器取熱盤管外表所處環(huán)境為吸附劑及高速風(fēng)，且吸附劑據(jù)有較高的硬度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)吸附劑線速超過4m/s時(shí)，輸送管線以及再生器內(nèi)構(gòu)件會(huì)發(fā)生及其嚴(yán)重的磨蝕，但再生器內(nèi)吸附劑的平均線速為0.3m/s。因此，該焊縫的開裂與磨損無關(guān)。

2.硫腐蝕

再生器內(nèi)吸附劑含有6%左右的硫，經(jīng)過500℃高溫燃燒后，硫元素基本以二氧化硫的形式存在。而硫及硫化物在500℃的環(huán)境下腐蝕速率極低。因此，硫腐蝕與取熱盤管焊縫開裂無關(guān)。

（三）焊接部位應(yīng)力開裂

焊接必然會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。在熔融冷卻及焊接熱循環(huán)的作用下，組織變化及偏析，是焊接接頭開裂的敏感性遠(yuǎn)大于母材。從受力角度考慮，取熱盤管受熱后會(huì)發(fā)生膨脹、形變，隨后J型螺栓會(huì)將取熱盤管的一端卡死。導(dǎo)致取熱盤管有簡支梁變?yōu)榕c再生器一體的固定件。但盤管本身仍要繼續(xù)膨脹，導(dǎo)致J型螺栓卡死處以及大小頭的焊縫處收到非常大的力。

而工藝在正常操作時(shí)，隨著取熱負(fù)荷的變化，又隨意停、投取熱盤管，導(dǎo)致盤管長期受到膨脹、收縮的交變應(yīng)力。最終在其大小頭縱向環(huán)焊縫的正下方開裂。

四、解決措施

（一）取熱盤管更換

更換取熱盤管工作量小且節(jié)約成本，但缺點(diǎn)是再生器殼體內(nèi)空間狹小，內(nèi)徑僅有838mm，無法完成內(nèi)部焊接。因此，需將再生器殼體連同取熱盤管一起割除后再進(jìn)行盤管更換。整體步驟為：

（1）先預(yù)制盤管，按圖只預(yù)留套管法蘭與大小頭連接的一道焊口，其他焊口均按附圖尺寸提前焊好。預(yù)制好后所有焊縫焊后應(yīng)按照J(rèn)B/T4730.2-2005進(jìn)行100%射線檢測。缺陷等級(jí)II級(jí)為合格，照相質(zhì)量不小于AB級(jí)。所有焊縫焊后進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。

（2）拆除設(shè)備保溫，及影響施工的護(hù)欄，在下部筒體上用20號(hào)工字鋼焊接4個(gè)支耳，支撐于平臺(tái)橫梁上，防止割開筒體后變形。之后將再生器器壁連同取熱盤管一起割除。

（3）割開后對盤管進(jìn)行更換，從大小頭與套管法蘭處將舊盤管割除，新套管焊接大小頭與套管法蘭焊口，焊后按第一條進(jìn)行檢測及熱處理。檢測合格后對加熱盤管進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力4.4MPa，所有焊縫30分鐘內(nèi)不得有滲漏。

（4）試驗(yàn)合格后恢復(fù)殼體焊縫，提前打磨坡口，按焊接工藝進(jìn)行焊接。焊接焊縫進(jìn)行100%滲透及TOFT檢測。割開段筒體整體進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。驗(yàn)收合格后恢復(fù)各接口管線。

（二）取熱盤管的連接槽鋼與支持槽鋼改造

按照竣工圖紙的技術(shù)要求，所有槽鋼的連接螺栓、螺母均需與槽鋼點(diǎn)焊牢固。而正是因?yàn)槁菟?、螺母點(diǎn)焊牢固，導(dǎo)致J型螺栓與盤管卡死。因此對連接槽鋼的螺栓、螺母進(jìn)行改造。在施工時(shí)僅對螺栓、螺母進(jìn)行緊固，不再進(jìn)行點(diǎn)焊。這樣可使盤管始終處于一個(gè)簡支梁的狀態(tài)，不再發(fā)生這種斷裂情況。

五、結(jié)論

再生器取熱盤管的連接槽鋼與J型螺栓固定牢固、點(diǎn)焊后，導(dǎo)致取熱盤管失去膨脹量。而工藝在操作上隨意停、投，導(dǎo)致盤管劇烈膨脹、收縮，最終導(dǎo)致薄弱部位疲勞失效。通過制定有針對性的施工方案，不僅完成了取熱盤管的整體更換，更消除了故障產(chǎn)生的根本原因。

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