S Zorb再生器取熱盤管泄漏原因分析

杜焜+李艷松

【摘 要】中國石油化工股份有限公司洛陽分公司S Zorb裝置加工能力1.5Mt/a，于2013年10月建成投產。在2016年7月，因再生器取熱盤管泄漏，導致再生器二級旋分器料腿堵塞，吸附劑大量跑損，生產維持困難，進行停工消缺。逐一切除6根取熱盤管，通過取熱盤管排凝排放、發現3#、5#取熱盤管泄漏。根據再生器器壁割除后的檢查情況，找到具體泄漏位置。分析得出故障產生的主要原因為取熱盤管在有介質和無介質的情況下的伸縮量較大，而固定取熱盤管的連接槽鋼與J型螺栓均固定過死，導致取熱盤管在應力最集中部位開裂泄漏。在施工難度過大的情況下，提出解決措施與施工方案，通過容器器壁割除，對泄漏取熱盤管進行整組更換。同時對取熱盤管的連接槽鋼與J型螺栓進行改造，消除盤管過大的應力。

【關鍵詞】S Zorb；再生器；取熱盤管；泄漏

一、故障描述

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司S Zorb裝置加工能力1.5Mt/a，于2013年10月建成投產。在2016年7月，陸續出現再生器取熱盤管泄漏，導致取熱水汽漏入再生器內。因再生器內溫度達到500℃，所以暫時未有明顯故障現象。但隨著泄漏量增大，在再生器內部二級旋風分離器料腿處的流動死區，部分水蒸氣與吸附劑發生反應。吸附劑本身含有ZnO和SiO2，在水熱條件下生產淺黃色固體Zn2SO4。Zn2SO4在高溫燒結下形成固體硬塊，堵塞二級旋風分離器料腿，造成再生器吸附劑的大量跑損。

S Zorb再生器共有六組取熱盤管。一旦懷疑盤管泄漏，就需要將六組盤管逐一切除，打開D123器壁前排凝，看是否有煙氣及吸附劑排出。若排出煙氣及吸附劑，說明該盤管發生泄漏。經過2次排查后，確認3#、5#取熱盤管泄漏。

為維持正常生產，暫時將泄漏的兩組取熱盤管切除后加盲板隔離。再生器剩余4組盤管取熱量暫可維持再生器的正常運行。但旋風分離器的跑劑問題越發嚴重。裝置于2016年8月28日停工消缺。

二、故障解體檢查

通過對再生器器壁割除檢查取熱盤管，印證了之前3#、5#取熱盤管泄漏判斷。盤管泄漏部位有明顯的Zn2SO4結塊情況，且盤管內部已被吸附劑堵實。剝去盤管表面的Zn2SO4硬塊后，裂紋清晰可見。

檢查結果顯示，泄漏的2根取熱盤管都有以下幾個相同特點：①固定取熱盤管的J型螺栓均變形與取熱盤管卡死；②泄漏點都在取熱盤管出口大小頭小頭處；③漏點均是焊縫的融合線開裂；④泄漏焊縫均是縱向環焊縫的正下方。1#、2#取熱盤管隨未發生泄漏，但大小頭小頭處焊縫也已開裂。

三、故障成因分析

根據盤管泄漏位置以及特征，分析有三種可能性導致焊縫本身存在缺陷：一是焊接質量差導致焊縫開裂；二是腐蝕原因造成焊縫開裂；三是焊接部位存在應力，造成焊縫開裂。

（一）焊接質量問題

該三處焊縫，從外觀檢查焊縫外觀完好，僅在融合線部位出現二道環向凹槽。通過查閱再生器取熱盤管的質量證明文件可知，該部位焊縫經過射線、超聲波、磁粉檢測均合格。再次對該焊縫進行光譜檢測，結果證明焊接所用材料沒有問題，對焊縫及母材進行硬度檢測，也未發現異常。因此，可以證明焊縫本身的焊接質量沒有問題。

（二）焊縫腐蝕開裂

根據再生器內部環境分析，最有可能存在兩種腐蝕情況，即磨蝕和硫腐蝕。

1.磨蝕

再生器取熱盤管外表所處環境為吸附劑及高速風，且吸附劑據有較高的硬度。根據經驗，當吸附劑線速超過4m/s時，輸送管線以及再生器內構件會發生及其嚴重的磨蝕，但再生器內吸附劑的平均線速為0.3m/s。因此，該焊縫的開裂與磨損無關。

2.硫腐蝕

再生器內吸附劑含有6%左右的硫，經過500℃高溫燃燒后，硫元素基本以二氧化硫的形式存在。而硫及硫化物在500℃的環境下腐蝕速率極低。因此，硫腐蝕與取熱盤管焊縫開裂無關。

（三）焊接部位應力開裂

焊接必然會產生殘余應力。在熔融冷卻及焊接熱循環的作用下，組織變化及偏析，是焊接接頭開裂的敏感性遠大于母材。從受力角度考慮，取熱盤管受熱后會發生膨脹、形變，隨后J型螺栓會將取熱盤管的一端卡死。導致取熱盤管有簡支梁變為與再生器一體的固定件。但盤管本身仍要繼續膨脹，導致J型螺栓卡死處以及大小頭的焊縫處收到非常大的力。

而工藝在正常操作時，隨著取熱負荷的變化，又隨意停、投取熱盤管，導致盤管長期受到膨脹、收縮的交變應力。最終在其大小頭縱向環焊縫的正下方開裂。

四、解決措施

（一）取熱盤管更換

更換取熱盤管工作量小且節約成本，但缺點是再生器殼體內空間狹小，內徑僅有838mm，無法完成內部焊接。因此，需將再生器殼體連同取熱盤管一起割除后再進行盤管更換。整體步驟為：

（1）先預制盤管，按圖只預留套管法蘭與大小頭連接的一道焊口，其他焊口均按附圖尺寸提前焊好。預制好后所有焊縫焊后應按照JB/T4730.2-2005進行100%射線檢測。缺陷等級II級為合格，照相質量不小于AB級。所有焊縫焊后進行消應力熱處理。

（2）拆除設備保溫，及影響施工的護欄，在下部筒體上用20號工字鋼焊接4個支耳，支撐于平臺橫梁上，防止割開筒體后變形。之后將再生器器壁連同取熱盤管一起割除。

（3）割開后對盤管進行更換，從大小頭與套管法蘭處將舊盤管割除，新套管焊接大小頭與套管法蘭焊口，焊后按第一條進行檢測及熱處理。檢測合格后對加熱盤管進行水壓試驗，試驗壓力4.4MPa，所有焊縫30分鐘內不得有滲漏。

（4）試驗合格后恢復殼體焊縫，提前打磨坡口，按焊接工藝進行焊接。焊接焊縫進行100%滲透及TOFT檢測。割開段筒體整體進行消應力熱處理。驗收合格后恢復各接口管線。

（二）取熱盤管的連接槽鋼與支持槽鋼改造

按照竣工圖紙的技術要求，所有槽鋼的連接螺栓、螺母均需與槽鋼點焊牢固。而正是因為螺栓、螺母點焊牢固，導致J型螺栓與盤管卡死。因此對連接槽鋼的螺栓、螺母進行改造。在施工時僅對螺栓、螺母進行緊固，不再進行點焊。這樣可使盤管始終處于一個簡支梁的狀態，不再發生這種斷裂情況。

五、結論

再生器取熱盤管的連接槽鋼與J型螺栓固定牢固、點焊后，導致取熱盤管失去膨脹量。而工藝在操作上隨意停、投，導致盤管劇烈膨脹、收縮，最終導致薄弱部位疲勞失效。通過制定有針對性的施工方案，不僅完成了取熱盤管的整體更換，更消除了故障產生的根本原因。

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