再生器取热盘管泄漏原因分析

　　杜焜+李艳松
　　【摘 要】中国石油化工股份有限公司洛阳分公司S Zorb装置加工能力1.5Mt/a，于2013年10月建成投产。在2016年7月，因再生器取热盘管泄漏，导致再生器二级旋分器料腿堵塞，吸附剂大量跑损，生产维持困难，进行停工消缺。逐一切除6根取热盘管，通过取热盘管排凝排放、发现3#、5#取热盘管泄漏。根据再生器器壁割除后的检查情况，找到具体泄漏位置。分析得出故障产生的主要原因为取热盘管在有介质和无介质的情况下的伸缩量较大，而固定取热盘管的连接槽钢与J型螺栓均固定过死，导致取热盘管在应力最集中部位开裂泄漏。在施工难度过大的情况下，提出解决措施与施工方案，通过容器器壁割除，对泄漏取热盘管进行整组更换。同时对取热盘管的连接槽钢与J型螺栓进行改造，消除盘管过大的应力。
　　【关键词】S Zorb；再生器；取热盘管；泄漏
　　一、故障描述
　　中国石油化工股份有限公司洛阳分公司S Zorb装置加工能力1.5Mt/a，于2013年10月建成投产。在2016年7月，陆续出现再生器取热盘管泄漏，导致取热水汽漏入再生器内。因再生器内温度达到500℃，所以暂时未有明显故障现象。但随着泄漏量增大，在再生器内部二级旋风分离器料腿处的流动死区，部分水蒸气与吸附剂发生反应。吸附剂本身含有ZnO和SiO2，在水热条件下生产浅黄色固体Zn2SO4。Zn2SO4在高温烧结下形成固体硬块，堵塞二级旋风分离器料腿，造成再生器吸附剂的大量跑损。
　　S Zorb再生器共有六组取热盘管。一旦怀疑盘管泄漏，就需要将六组盘管逐一切除，打开D123器壁前排凝，看是否有烟气及吸附剂排出。若排出烟气及吸附剂，说明该盘管发生泄漏。经过2次排查后，确认3#、5#取热盘管泄漏。
　　为维持正常生产，暂时将泄漏的两组取热盘管切除后加盲板隔离。再生器剩余4组盘管取热量暂可维持再生器的正常运行。但旋风分离器的跑剂问题越发严重。装置于2016年8月28日停工消缺。
　　二、故障解体检查
　　通过对再生器器壁割除检查取热盘管，印证了之前3#、5#取热盘管泄漏判断。盘管泄漏部位有明显的Zn2SO4结块情况，且盘管内部已被吸附剂堵实。剥去盘管表面的Zn2SO4硬块后，裂纹清晰可见。
　　检查结果显示，泄漏的2根取热盘管都有以下几个相同特点：①固定取热盘管的J型螺栓均变形与取热盘管卡死；②泄漏点都在取热盘管出口大小头小头处；③漏点均是焊缝的融合线开裂；④泄漏焊缝均是纵向环焊缝的正下方。1#、2#取热盘管随未发生泄漏，但大小头小头处焊缝也已开裂。
　　三、故障成因分析
　　根据盘管泄漏位置以及特征，分析有三种可能性导致焊缝本身存在缺陷：一是焊接质量差导致焊缝开裂；二是腐蚀原因造成焊缝开裂；三是焊接部位存在应力，造成焊缝开裂。
　　（一）焊接质量问题
　　该三处焊缝，从外观检查焊缝外观完好，仅在融合线部位出现二道环向凹槽。通过查阅再生器取热盘管的质量证明文件可知，该部位焊缝经过射线、超声波、磁粉检测均合格。再次对该焊缝进行光谱检测，结果证明焊接所用材料没有问题，对焊缝及母材进行硬度检测，也未发现异常。因此，可以证明焊缝本身的焊接质量没有问题。
　　（二）焊缝腐蚀开裂
　　根据再生器内部环境分析，最有可能存在两种腐蚀情况，即磨蚀和硫腐蚀。
　　1.磨蚀
　　再生器取热盘管外表所处环境为吸附剂及高速风，且吸附剂据有较高的硬度。根据经验，当吸附剂线速超过4m/s时，输送管线以及再生器内构件会发生及其严重的磨蚀，但再生器内吸附剂的平均线速为0.3m/s。因此，该焊缝的开裂与磨损无关。
　　2.硫腐蚀
　　再生器内吸附剂含有6%左右的硫，经过500℃高温燃烧后，硫元素基本以二氧化硫的形式存在。而硫及硫化物在500℃的环境下腐蚀速率极低。因此，硫腐蚀与取热盘管焊缝开裂无关。
　　（三）焊接部位应力开裂
　　焊接必然会产生残余应力。在熔融冷却及焊接热循环的作用下，组织变化及偏析，是焊接接头开裂的敏感性远大于母材。从受力角度考虑，取热盘管受热后会发生膨胀、形变，随后J型螺栓会将取热盘管的一端卡死。导致取热盘管有简支梁变为与再生器一体的固定件。但盘管本身仍要继续膨胀，导致J型螺栓卡死处以及大小头的焊缝处收到非常大的力。
　　而工艺在正常操作时，随着取热负荷的变化，又随意停、投取热盘管，导致盘管长期受到膨胀、收缩的交变应力。最终在其大小头纵向环焊缝的正下方开裂。
　　四、解决措施
　　（一）取热盘管更换
　　更换取热盘管工作量小且节约成本，但缺点是再生器壳体内空间狭小，内径仅有838mm，无法完成内部焊接。因此，需将再生器壳体连同取热盘管一起割除后再进行盘管更换。整体步骤为：
　　（1）先預制盘管，按图只预留套管法兰与大小头连接的一道焊口，其他焊口均按附图尺寸提前焊好。预制好后所有焊缝焊后应按照JB/T4730.2-2005进行100%射线检测。缺陷等级II级为合格，照相质量不小于AB级。所有焊缝焊后进行消应力热处理。
　　（2）拆除设备保温，及影响施工的护栏，在下部筒体上用20号工字钢焊接4个支耳，支撑于平台横梁上，防止割开筒体后变形。之后将再生器器壁连同取热盘管一起割除。
　　（3）割开后对盘管进行更换，从大小头与套管法兰处将旧盘管割除，新套管焊接大小头与套管法兰焊口，焊后按第一条进行检测及热处理。检测合格后对加热盘管进行水压试验，试验压力4.4MPa，所有焊缝30分钟内不得有渗漏。
　　（4）试验合格后恢复壳体焊缝，提前打磨坡口，按焊接工艺进行焊接。焊接焊缝进行100%渗透及TOFT检测。割开段筒体整体进行消应力热处理。验收合格后恢复各接口管线。
　　（二）取热盘管的连接槽钢与支持槽钢改造
　　按照竣工图纸的技术要求，所有槽钢的连接螺栓、螺母均需与槽钢点焊牢固。而正是因为螺栓、螺母点焊牢固，导致J型螺栓与盘管卡死。因此对连接槽钢的螺栓、螺母进行改造。在施工时仅对螺栓、螺母进行紧固，不再进行点焊。这样可使盘管始终处于一个简支梁的状态，不再发生这种断裂情况。
　　五、结论
　　再生器取热盘管的连接槽钢与J型螺栓固定牢固、点焊后，导致取热盘管失去膨胀量。而工艺在操作上随意停、投，导致盘管剧烈膨胀、收缩，最终导致薄弱部位疲劳失效。通过制定有针对性的施工方案，不仅完成了取热盘管的整体更换，更消除了故障产生的根本原因。
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