嚴(yán)維山，李遠(yuǎn)征，冀紅飛，錢(qián)曉健，毛克有

（東華能源 （寧波）新材料有限公司，浙江 寧波 315812）

0 引言

東華能源（寧波）新材料有限公司66萬(wàn)t/a丙烷脫氫制丙烯裝置（以下簡(jiǎn)稱“PDH”）于2016年11月份投產(chǎn)，該套裝置采用UOP公司的OleflexTM工藝。主要由原料預(yù)處理單元、反應(yīng)單元、催化劑再生單元、冷箱分離單元、SHP單元、精餾單元、PSA單元組成。裝置自開(kāi)車(chē)以來(lái)一直運(yùn)行平穩(wěn)，但在2018年1月22日，操作人員巡檢發(fā)現(xiàn)第四反應(yīng)器出口到熱聯(lián)合換熱器E201-3的反應(yīng)流出物管線彎頭處冒出火苗，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)在彎頭的上游焊口有約40 cm長(zhǎng)的裂紋。該管線內(nèi)介質(zhì)為氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等的混合物，其中還含有50 ppm的H2S。該管線直徑42英寸 （約106 cm），介質(zhì)溫度約600℃，泄漏后立即著火，為控制火勢(shì)先由維保單位制作臨時(shí)卡箍夾住裂紋減少泄漏量，并用氮?dú)膺M(jìn)行滅火。

1 泄漏情況分析

1.1 泄漏點(diǎn)情況

來(lái)自冷箱來(lái)的丙烷與氫氣的混合氣，再經(jīng)過(guò)熱聯(lián)合進(jìn)出料換熱器E201-1～4與來(lái)自第四反應(yīng)器的反應(yīng)流出物分兩路經(jīng)過(guò)E201-1～4與反應(yīng)器進(jìn)料換熱，依次經(jīng)過(guò)進(jìn)料加熱爐、第一反應(yīng)器、第一中間加熱爐、第二反應(yīng)器、第二中間加熱爐、第三反應(yīng)器、第三中間加熱爐、第四反應(yīng)器，然后反應(yīng)流出物從第四反應(yīng)器分兩路分別進(jìn)入E201-1～2，和E201-3～4，與反應(yīng)器進(jìn)料換熱后進(jìn)入壓縮分離系統(tǒng)，該泄漏點(diǎn)位于第四反應(yīng)器出口到E201-3管線處，經(jīng)檢查彎頭的前一道焊口處發(fā)現(xiàn)有兩段裂紋，一段長(zhǎng)度為40 cm，另一段長(zhǎng)度為20 cm，管線裂紋泄漏點(diǎn)見(jiàn)圖1。泄漏介質(zhì)主要為丙烷、丙烯、氫氣，該介質(zhì)溫度600℃，泄漏后與空氣接觸發(fā)生自燃著火，制作臨時(shí)鐵質(zhì)抱箍，暫時(shí)控制住了泄漏量。

1.2 泄漏原因分析

在2016年7月份施工時(shí)，E201-3前面的彎頭與直管段錯(cuò)邊量達(dá)到10 mm，無(wú)法焊接，只能把原直管段的管線切割掉150 mm長(zhǎng)，然后用一段150 mm長(zhǎng)的短管做過(guò)渡，這樣錯(cuò)邊量減少?gòu)亩瓿闪撕附樱负鬅o(wú)損檢測(cè)合格。正是此處焊接的焊縫在本次出現(xiàn)了裂紋，導(dǎo)致泄漏著火，分析主要原因是錯(cuò)邊量大導(dǎo)致焊接時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力且應(yīng)力未能消除所致。

圖1 管道焊縫裂紋泄漏點(diǎn)

圖2 是開(kāi)裂焊縫的顯微金相分析照片，可見(jiàn)開(kāi)裂是完全沿晶的，是與主斷裂面平行的柱晶結(jié)合面裂紋，說(shuō)明該處枝晶偏析對(duì)焊縫強(qiáng)度產(chǎn)生了嚴(yán)重削弱。

圖2 完全沿晶的裂紋金相分析照片

2 焊接論證

公司召開(kāi)專題會(huì)討論該管線裂紋能否焊接，設(shè)備、安全、工藝等相關(guān)專業(yè)根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)發(fā)表了不同看法。

主張停工處理的觀點(diǎn)認(rèn)為：首先，危險(xiǎn)性大，現(xiàn)場(chǎng)存在著火、爆炸、中毒、墜落、坍塌等風(fēng)險(xiǎn)；其次，溫度高，裂口長(zhǎng)，焊接難度大；國(guó)內(nèi)PDH裝置沒(méi)有先例，鑒于風(fēng)險(xiǎn)大，在沒(méi)有十分把握的情況下停工處理最穩(wěn)妥。

主張?jiān)诰€焊接的觀點(diǎn)認(rèn)為：國(guó)內(nèi)天然氣管道處理缺陷時(shí)有過(guò)在線焊接的成功案例[1]，而且有的煉油裝置處理小泄漏點(diǎn)時(shí)也有在線焊接的應(yīng)用，但需要聘請(qǐng)國(guó)內(nèi)焊接專家，制定詳盡的焊接方案，采取恰當(dāng)?shù)陌踩胧M量降低風(fēng)險(xiǎn)，有保障地完成任務(wù)。

3 焊接前的風(fēng)險(xiǎn)分析

經(jīng)過(guò)討論，公司同意在線焊接作業(yè)，并由安環(huán)部門(mén)針對(duì)此次施工作業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析及制定相應(yīng)對(duì)策，具體情況見(jiàn)表1所示。

表1 風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策

4 實(shí)施焊接

公司聘請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名專業(yè)堵漏施工隊(duì)，包括4名技術(shù)過(guò)硬的焊接技師，討論并制定了切實(shí)可行的施工方案。

焊接主要包括五個(gè)步驟：固定、止裂、攆焊、補(bǔ)強(qiáng)、收口。

第一步，固定：由于管線有二段共約60 cm長(zhǎng)的裂紋，如果冒然在管線上焊接則不能保證焊接過(guò)程不會(huì)擴(kuò)大裂紋，所以先用加強(qiáng)筋板在管道的環(huán)焊縫上進(jìn)行做拉筋固定加強(qiáng)，防止焊縫拉開(kāi)。

第二步，止裂：為防止直接在焊口上焊接導(dǎo)致焊縫裂紋擴(kuò)大，在裂紋的末端先點(diǎn)焊；圖3顯示管道裂紋情況，及固定筋板和止裂的照片。

第三步，攆焊：然后在焊縫上直接焊接，但是焊接時(shí)不能持續(xù)焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一是因?yàn)楣芫€外壁溫度高，熔池不容易凝固；二是因?yàn)榱鸭y處著火，需要不時(shí)的進(jìn)行滅火處理，同時(shí)為減少可燃?xì)獾男孤┝恳押缚p攆小。

圖3 固定及止裂后的裂紋圖片

第四步，補(bǔ)強(qiáng)：焊接的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有的焊縫裂紋邊緣脆化，不適宜直接焊接，還有的在補(bǔ)焊的地方需要加固處理，所以對(duì)上述部位進(jìn)行了外加蓋板補(bǔ)強(qiáng)焊。

第五步，收口：在最后一塊蓋板上預(yù)先焊接一個(gè)短管法蘭，把有余壓的可燃?xì)鈱?dǎo)出，待整體焊接完畢后用盲法蘭盲死。圖4顯示收口后的整體焊接完成圖片。

焊接過(guò)程雖然偶爾發(fā)生著火，但都在預(yù)案控制之內(nèi)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)處亂不驚最終完成了焊接任務(wù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可燃?xì)猓_(dá)到了預(yù)期效果，堵漏成功。

圖4 裂紋焊接后的圖片

5 效果與行業(yè)經(jīng)驗(yàn)

焊接完畢后，生產(chǎn)期間操作人員每天巡檢監(jiān)測(cè)二次，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的運(yùn)行沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可燃?xì)?。此次PDH裝置在線焊接高溫大直徑管線裂紋尚屬首次，為公司減少了裝置停車(chē)的損失，同時(shí)為行業(yè)應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。