硫磺冷凝器制造缺陷的改進

李良倫 嚴崇榮 陳代雙 蔣學奎 李 倩 姚 霖

（1、3、4.重慶天然氣凈化總廠 重慶 2、5、6.西南油氣田分公司川中油氣礦 四川遂寧）

天然氣凈化廠硫磺回收單元二級硫磺冷凝器，出現乙二醇滲漏進入液硫系統故障，經3次停產維修未能解決問題。污染了液硫，導致整套凈化裝置停產檢修，給單位造成較大經濟損失，同時給下游用戶的生產和生活造成很大影響。

一、滲漏原因分析

1.設備結構原因

經現場勘察發現，該處的組焊方式是將夾套內管、外管進行堆焊封堵，再和設備本體焊接，如圖1所示。這種焊接方式容易產生焊接缺陷，如焊接熱裂紋、夾渣、應力集中等，給設備泄漏留下隱患。

圖1 原設備組焊結構示意圖

2.工藝介質腐蝕原因

滲漏點發生在液硫出口夾套管線與設備本體連接處，內管介質是液硫，夾套介質是乙二醇，滲漏處正好是焊縫位置。經調查內管液硫含有一定的H2S，SO2，水蒸氣等氣體，由于設備結構原因而產生的應力焊接缺陷，集中應力沒有得到消除，金屬顆粒粗大，晶間距變大，焊接裂紋必然發生。根據資料，在濕H2S的環境下，由于金屬的晶間作用，促進了應力腐蝕的發生。

二、改進措施

1.焊接結構設計

經研究，對液硫夾套管線與設備的焊接方式進行技術改造。將設備殼體割除一塊200 mm×200 mm的孔，按照設備弧度重新制作一塊220 mm×220 mm的鋼板。讓新管線與新管線進行焊接，新的鋼板與設備殼體外部進行焊接。這樣做的優點是避免了新舊材料焊接時產生新的缺陷。采用將夾套管線的內管鑲嵌入新制作的鋼板與內壁進行焊接，外管則與該鋼板外壁焊接的焊接方式。如圖2、3所示。焊接后采用滲透著色的方法對焊縫質量進行檢驗。該改進的優點是避免了多層焊接而產生缺陷。

圖2 改進后管線與設備焊接圖

2.焊接工藝

圖3 改進后內外焊縫圖

（1）夾套管線內、外管選型。對管線材料進行重新選型，夾套管線外管采用Ф114×5 mm替代原 Ф108×6 mm；內管用 Ф89×4 mm 替代原 Ф89×6 mm，鋼管材料20#鋼。這樣增加了套管的空間，有利于熱傳遞。

（2）焊前工藝處理。在新鋼板與設備本體焊接前，先按照規范，清除設備殼體外部雜質，直到見到金屬光澤為止。打磨坡口，除去氧化鐵。然后用氧氣乙炔焰對設備本體焊口部位進行烘烤除硫，烘烤溫度650℃，以便于除盡硫化物。烘烤結束冷卻后，用丙酮對坡口進行清理，以進一步去除破口處的硫化物。

（3）焊接材料選擇。焊條采用E4315焊條，該焊條是低氫鈉型藥皮的優質堿性碳鋼焊條，具有良好的塑性、沖擊韌性和抗裂性能，并且氧化性極低，對于去氫和脫硫有良好的效果，不易在焊縫中形成殘留物，焊縫組織良好，綜合力學性能優越。

（4）焊口組對的要求。鋼材在發生硫裂的事故中，焊縫特別是熔合線部位最易發生破裂。因此焊口在組對時，必須保證自由狀態，不得形成拉應力、壓應力、剪切應力等本身不必產生的應力且內管采用V形坡口。

（5）焊接參數選擇。在進行焊接時，選擇適宜的小電流，避免較大的線能量輸入；采用較為緩慢的焊接速度，便于焊接熔池中的硫等有害雜質能充分析出。焊接時，選用 Ф2.5 mm的E4315焊條進行打底 ，Ф3.2 mm 的E4315焊條進行填充蓋面。

（6）焊后熱處理曲線圖（圖4）。

圖4 焊后熱處理曲線圖

（7）焊接工藝參數（ 表 1）。

表1 焊接工藝參數

三、效果

經改進后，設備2013年4月投入使用，未再出現泄漏現象。經過多年現場實踐發現，由于設備在設計方面考慮欠佳或制造過程中馬虎等原因而產生缺陷的現象還比較多。通過對原結構的改進，有效避免了產生焊接缺陷的概率，實踐檢驗證明，效果良好。