C5管道凍裂原因分析與控制措施

關慶賀 劉曉旭 張 光

(中國石油遼陽石油化纖公司 遼陽 111003)

C5管道凍裂原因分析與控制措施

關慶賀 劉曉旭 張 光

(中國石油遼陽石油化纖公司 遼陽 111003)

C5油品含水不僅影響工藝過程的正常進行，而且造成過程設備與管道的腐蝕及凍凝。通過對C5油品含水凍裂管道的原因分析，討論了C5油品含水與凍裂管道的控制措施。結果發現C5油品含水是因塔底重沸器U形管束內漏所致，而管道凍裂同樣是由于裝置檢修時定期檢驗的不到位。建議裝置在工藝過程增加油水分離罐的同時，注重壓力容器與管道的定期檢驗。

管道凍裂 管束內漏 油水分離 定期檢驗

入冬,某石化裝置的C5管道在與彎頭焊接的直管(20#鋼管φ89×6mm)段靠近焊縫的薄弱部位因凍脹沿縱向開裂170mm(圖1)。原因是脫丁烷塔重沸器管束內漏導致C5帶水,加之氣溫低,造成管道凍裂(由于冰的體積大于水,則管道內冰體積的增大,引起管道受內壓,管道壁上過大的環向應力引起了縱向開裂)。對此最為重要的是解決C5含水問題,這需要從C5源頭的工藝過程及脫丁烷塔重沸器管束的內漏控制做起。

1 C5源頭工藝過程與滲水節點排查

C5源頭的工藝過程見圖2:來自C01儲罐的C5(含丁烷)經E01加熱器被來自S01脫丁烷塔底的C5(不含丁烷)加熱后,從S01的21層浮閥塔盤上方進入,經脫丁烷后降落到塔底重沸器集液槽內被E02重沸器U形管束的中壓蒸汽再次加熱,然后從塔底流出經E01冷卻,再經E03水冷器冷卻后去C02儲罐;而脫出的丁烷從S01塔頂流出,經E04水冷器冷卻后進入C03回流罐,然后一部分回流到S01,另一部分去C04丁烷儲罐。這里需要關注的是過程中的4臺熱交換器,技術特性見表1。

圖1 C5管道凍裂全貌

圖2 C5源頭工藝過程

表1 熱交換器技術特性

經取樣分析,來自C01儲罐的C5不含水。從工藝過程和表1中看到:E01是兩種C5換熱;E03和E04分別是C5、丁烷與循環水換熱,并且循環水的工作壓力較工藝介質C5和丁烷的工作壓力低,就是管束發生內漏,開工時循環水也不可能進入到工藝介質中;而E02管程走的是中壓蒸汽,極有可能因管束內漏進到C5中,經后序的冷卻而凝結為水含于C5中。

2 C5管道含水與凍裂的控制

2.1 重沸器U形管束內漏控制

查設備檔案:重沸器U形管束是1993年12月設計,1995年8月隨S01塔制造出廠,1996年5月安裝,1997年7月使用。運行記錄一直到2014年5月,2014年6月停運,2016年10月隨裝置檢修后再次使用。從檢修記錄顯示:1998年4月、2003年5月、2006年8月、2009年5月、2011年5月、2013年7月、2016年8月隨裝置檢修,這次2016年11月發生事故后再次檢修(堵管2根)。檔案中沒有制造備臺更換管束的記錄?？梢?從制造使用日期到現在,管束已隨塔器服役近20年。

檔案資料顯示:管束從使用到現在一直沒有制造備臺更換過,經近20年服役,在今年隨裝置檢修后,僅運行1個多月即發生泄漏,修理(堵管2根)后繼續運行。而每次檢修程序:拆卸管箱→抽出管束→清洗管束→水壓試驗(殼體工裝)→回裝管束。沒有見到檢驗報告,管束能否繼續使用值得商榷。

重沸器U形管束是1993年設計的,竣工圖中沒有注明設計使用年限。一般碳鋼熱交換器的設計使用年限為10年［1］,其中管束為3年。按TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程及修訂說明》規定:達到設計使用年限的壓力容器(未規定設計使用年限,但是使用超過20年的壓力容器視為達到設計使用年限),如果要繼續使用,使用單位應當委托有檢驗資質的特種設備檢驗機構參照定期檢驗的有關規定對其進行檢驗,必要時按照本規程8.9的要求進行安全評估(合于使用評價),經過使用單位主要負責人批準后,辦理使用登記證書變更,方可繼續使用。所以,重沸器U形管束應隨S01塔一起進行檢驗評定,安全評估是否合于使用。

可見,重沸器U形管束應隨裝置檢修時與塔器一起進行定期檢驗,然后根據定期檢驗報告的結論再進行使用。定期檢驗時,不能僅根據水壓試驗是否滲漏來通過管束的檢驗合格,而應注重管束的管接頭與換熱管等部位的檢查:管接頭中換熱管與管板端的焊縫處及換熱管與管板孔的貼脹處,而換熱管則在管板孔背面、折流板的管孔處及U形管的彎管部位。在查看均勻腐蝕的同時關注局部腐蝕,尤其是換熱管內外壁的結垢以及垢下腐蝕的形貌(凹坑或穿孔),同時觀察是否有因管束振動而產生刻痕?？傊?管束的檢驗是熱交換器定期檢驗的重點與難點,決定檢驗結論的合理性,關系熱交換器檢修后使用的可靠性,影響裝置運行的長期性。

2.2 塔頂安全閥整定壓力控制

由于S01脫丁烷塔的設計壓力為1.5MPa(工作壓力1.3M Pa),而重沸器U形管束管內用中壓蒸汽(3.4MPa,360℃)加熱管外塔底重沸器集液槽內的C5。為防止管束泄漏時中壓蒸汽進入塔內超壓,S01塔頂出口管道上安裝了安全閥,整定壓力設為1.5MPa。由于S01塔竣工圖沒有注明設計壽命并且使用接近20年,塔頂安全閥的整定壓力應小于塔的設計壓力。

按GB 150.1—2011《壓力容器及釋義》中附錄B確定安全閥的整定壓力:S01塔的超壓限度(Δp)應不大于設計壓力的10%或20kPa中的較大值,即Δp≤0.15MPa;安全閥整定壓力偏差(δ)不應超過±3%pz或±0.015MPa的較大值。根據安全閥相關壓力與整定壓力之間的關系［2］,確定S01塔頂安全閥的整定壓力為1.45MPa為宜,即能保證塔器的安全,又能因管束中壓蒸汽內漏安全閥及時啟跳報警。

2.3 C5含水與管道凍裂的控制

油品含水不僅影響工藝過程,而且更造成過程設備與管道的腐蝕與凍凝問題。為此,工程上通常用油水分離罐來除去油品中的含水［3］。油水分離罐一般采用臥式容器［4］,較立式容器更容易合理進行結構設計。為了使油品中含水在分離罐內充分沉降并有效分離,根據油品處理量確定在罐內必要的停留時間即容積空間及結構尺寸,在罐的底部開設的分水包與油出口之間設置溢流油隔水板,并合理開設油品進口、放空口及安全附件等接口,油水分離罐的設計與制造既要滿足工藝要求,又要保證安全可靠性。這種油水分離罐可以安裝在C01塔底C5出口管道上,以解決C5含水問題。

圖3 C5管道凍裂局部放大

圖3 是C5管道凍裂部位局部放大照片,可以看出凍裂管道因腐蝕而脫落的氧化皮使管壁減薄,鋼管表面呈現腐蝕麻點與凹坑。從圖1的C5管道凍裂全貌照片看,凍裂管道位于與彎頭的焊接處,彎頭阻力使C5中積水流動緩慢,增加了凍凝機會,使凍裂發生在靠近彎頭的鋼管薄弱部位。而這卻發生在裝置檢修后開工1個多月,由此暴露出裝置檢修時管道檢驗不到。C5管道凍裂案例提示,管道即是連接過程設備的受壓元件,又是輸送流體的承壓通道,也應像壓力容器那樣進行定期全面檢驗,檢修時應注重定點測厚,監測管壁沖刷與腐蝕情況,根據檢驗報告的結論,及時更換管道,并加強日常巡檢與維護,使管道處于完好狀態。

3 結束語

綜上C5含水凍裂管道原因的分析與控制的討論,得出防止C5含水凍裂管道的控制措施。

1)對U形管束蒸汽內漏進行控制。裝置檢修時應重視管束的定期檢驗,不能僅根據水壓試驗是否滲漏來判定管束的檢驗合格,而應注重管束的檢查并合理確定安全狀況等級與檢驗結論。根據定期檢驗結論,提前計劃管束備臺或修理后繼續使用。塔頂安全閥整定壓力應合理確定,即要保證塔器安全,又能超壓開啟報警,提示管束內漏及時修理,減少C5含水。

2)對塔底C5可能含水輸出進行控制。根據工藝過程及塔處理量,在塔底輸出管道上,合理增設油水分離罐,使C5含水量達到工程要求。

3)對C5輸出管道檢驗進行控制。裝置檢修時,在注重壓力容器等設備檢修檢驗的同時,尚應重視管道的定期全面檢驗,并加強日常維護與管理,使其處于合于使用狀態。

［1］ HG/T 20580—2011 鋼制化工容器設計基礎規定 ［S］．［2］ 李崇勇，張雅新，張光．液化石油氣儲罐安全閥整定壓力確定的討論［J］．中國特種設備安全，2015，31(9)：27-30．

［3］ 張少鵬．油水分離罐油水界位控制方案的選擇［J］．石油化工自動化，2011，47(4)：66-67．

［4］ 吉紅軍，張偉，趙振強，等．新型回流罐在精餾塔中的應用 ［J］．河南化工，2004，（4）：36-37．

Analysis and Control Measures of C5Pipe Frost Crack

Guan Qinghe Liu Xiaoxu Zhang Guang
(Petrochina liaoyang petroleum chemical fi ber company Liaoyang 111003)

Water in C5oil not only in fl uences the normal process, but also causes corrosion and freezing of process equipment and pipelines. With the analysis of frost crack causes of C5oil pipeline, this paper discussed the control measures of water in C5oil and pipeline frost crack. The results showed that the water in C5oil is caused by leakage of U tube bundle of reboiler in tower bottom, and the frost crack is also due to the unful fi llment of regular inspection during device maintenance. It is suggested to add gun barrel in the plant, and pay attention on regular inspection for the pressure vessel and pipeline.

Pipe cracking Tube leakage Oil-water separation Periodic inspection

X933.4

：B

1673-257X(2017)07-0079-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.07.019

關慶賀（1983～)，男，本科，工程師，從事壓力容器建造工作。

張光，E-mail： zhangguang-ly@petrochina．com．cn。

2017-01-09）