減壓塔出口膨脹節泄漏失效分析及修復

劉俊武

（中國石油股份有限公司大連石化分公司)

減壓塔出口膨脹節泄漏失效分析及修復

劉俊武*

（中國石油股份有限公司大連石化分公司)

對某石化公司二蒸餾裝置減壓塔餾出口管線上的?1100 mm膨脹節在蒸汽吹掃時的泄漏失效進行了分析。結果表明,由氯離子引起的應力腐蝕以及電化學腐蝕的共同作用是導致膨脹節泄漏的根本原因。另外，膨脹節不銹鋼材料與碳鋼之間的電位差加速了電化學腐蝕的速度。修復后跟蹤觀察表明，對整個焊口使用 “貝爾佐納”技術屏蔽隔離以避免氯離子的結聚是解決膨脹節泄漏的有效方法。

膨脹節 應力腐蝕 電化學腐蝕 貝爾佐納技術 減壓塔 泄漏

0 概況

石油化工裝置中膨脹節的正常工作是保障系統安全運行的一個重要環節。但由于裝置系統溫度的變化，物料中氧化物、硫化物及次生的酸性腐蝕物質的存在，膨脹節經常發生泄漏失效[1-7]，嚴重影響裝置的長周期安穩運行。

2001年，某石化公司二蒸餾裝置擴建改造至450萬t/a時，在減壓塔出口管線設計安裝了一個?1100 mm膨脹節，其位置如圖1所示。膨脹節材質0Cr18Ni，管線材質20鋼，焊接連接。工藝溫度65℃，壓力-0.095 MPa。工藝條件比較緩和。

但在使用約2年后發現，膨脹節左下角和右上角變形嚴重，已經看不到波谷，如圖2、圖3所示。經檢測，變形幅度大于120 mm，但由于膨脹節未泄漏，因此運行時未做進一步處理。2005年7月裝置停工檢修期間，在用水蒸氣掃線時該膨脹節出現泄漏事故。當時分析認為，膨脹節變形及泄漏是空中管系受力引起的。于是，對該膨脹節進行了如下修復：按原樣更換新膨脹節，并將膨脹節直管段截掉100 mm。安裝完畢后，為了防止波紋管工作時受壓縮，將端板內側4個涂黃色油漆標記的螺母向內退5 mm，并將螺母與拉桿點焊牢固。安裝后膨脹節形貌如圖4、圖5所示。

2005年8月開工后，對更新的膨脹節進行了跟蹤觀察一年，發現膨脹節運行良好，不存在變形及泄漏。但是，在2007年8月的一次檢修停工吹掃過程中，該膨脹節又在不銹鋼 （0Gr18Ni9）與20碳鋼環焊縫處發生了泄漏事故。兩次停工吹掃時膨脹節泄漏事故使技術人員意識到，膨脹節泄漏并不是因管系受力引起的。本文對泄漏原因進行了分析，以防類似事故再次發生。

圖1 膨脹節在管系中的位置

圖2 舊膨脹節左下角

圖3 舊膨脹節右上角

圖4 新膨脹節安裝后全貌

圖5 新膨脹節安裝后局部

1 膨脹節泄漏原因分析及修復

2007年8月檢修期間，對泄漏失效的膨脹節進行了拆卸，圖6為膨脹節拆下后，將內部環形護板氣焊割掉后，露出的不銹鋼膨脹節與碳鋼焊口腐蝕泄漏的情況。

圖6 膨脹節內不銹鋼與碳鋼焊口情況

現場觀察發現，不銹鋼與碳鋼焊口處腐蝕嚴重。對腐蝕原因進行了分析，認為有以下幾方面原因：

（1）停工吹掃使用的水蒸氣與塔器內原有的含氯介質殘留物結合后，形成了一定量的氯離子。隨著溫度的變化，蒸汽凝結為水，水與氯離子結合形成了酸性腐蝕介質，并且膨脹節焊接熱影響區存在焊接殘余應力，滿足了應力腐蝕開裂的條件，導致了裂紋的產生。

（2）膨脹節不銹鋼與碳鋼存在著一定的電位差，在氯離子的環境下以及較高的蒸汽溫度條件下，電化學腐蝕的速度得到了加速，從而導致了泄漏。

針對這種情況，采取了如下的修復措施：先打磨泄漏部位，將整個環形焊道磨平，然后對整個焊口使用 “貝爾佐納”技術屏蔽隔離，使焊口無法接觸氯離子，消除應力腐蝕和電化學腐蝕產生的條件，如圖7所示。

圖7 膨脹節環形焊口修復后使用“貝爾佐納”技術屏蔽隔離

從圖7可以看到，兩道環形焊口修復后，在焊口兩邊各擴展30 mm，整個環形保護帶寬60 mm，保護帶厚度為2～3 mm。保護帶最高可承受溫度200℃，完全滿足使用條件，也滿足停工吹掃時的蒸汽使用溫度條件。

一個完整的膨脹節兩端各有一段不銹鋼短節，故需要修復四條環形焊口。四道焊口修復后，還需將內部環形保護板重新焊接復原。需要注意，在焊接內部環形保護板環形焊口時，下邊必須使用 “環形保護接托”，如圖7所示，目的是防止焊接電弧和高溫熱渣傷及下面的 “環形保護帶”。一旦 “環形保護帶”被灼傷， “貝爾佐納”技術屏蔽隔離的效果即失效。

2007年8月對該處膨脹節修復后投用，效果很好。2010年停工檢修，如往年一樣使用蒸汽吹掃該管線及膨脹節，沒有再發生泄漏事故。此次膨脹節泄漏修復，既查明了失效原因，又積累了維修經驗，同時為企業節省了膨脹節更新資金20多萬元/臺。

2 結論

對二蒸餾減壓塔出口膨脹節吹掃過程泄漏原因進行了分析，并采取了適當的修復措施，主要結論如下：

（1）二蒸餾減壓塔出口膨脹節在蒸汽吹掃過程中泄漏的原因是應力腐蝕與電化學腐蝕的共同作用。

（2）對整個焊口使用 “貝爾佐納”技術屏蔽隔離以避免氯離子的結聚是解決膨脹節泄漏的有效方法。

（3）對于設備出現的問題，要分析其產生的根源，找到合適的技術手段從根本上加以解決，避免設備不必要的更新。

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Failure Analysis and Repair of Expansion Joint in Outlet Pipe of Vacuum Tower

Liu Junwu

The failure analysis on the leaked ?1100 expansion joint placing in outlet pipe of vacuum tower in a second distillation plant was investigated.The results indicated that,the combination effects of stress corrosion resulting from chlorine ions and electrochemical corrosion caused the leakage of the expansion joint.Moreover,certain potential difference between stainless steel of expansion joint and carbon steel accelerated the rate of electrochemical corrosion.The tracking observation after repair showed that using Belzona technology to prevent the welding line from chlorine ions was available method to solve the leakage problem of expansion joint.

Expansion joint;Stress corrosion;Electrochemical corrosion;Belzona technology;Vacuum tower;Leakage

TQ 050.7

*劉俊武，男，1964年生，高級工程師。大連市，116011。

2012-03-30）