S Zorb裝置D105脫氣線減薄原因分析及對策

王虎慶

(中石化青島煉油化工有限責任公司，山東 青島 266555)

1 裝置運行概況

中國石化青島煉油化工有限責任公司150萬t/a S Zorb項目，設計運行每年8400h，設計操作彈性為60%～110%，設計原料硫含量300mg/kg,最大硫含量600mg/kg, 最小硫含量120mg/kg。2014年6月6日中交，7月14日投料試車。2015年5月首次標定，9月13日投料開工正常至今總體生產平穩，但是2016年10月20日在測厚過程中發現 S Zorb裝置D105氣相線彎管有減薄現象，存在嚴重的安全隱患，并對脫氣線進行了處理。

2 D105脫氣線彎頭減薄分析

2.1 D105氣相線具體數據

表1 D105頂氣相線數據

D105為吸附劑反應器接收器，D105頂氣相線為D105頂返回R101的管線，主要用于平衡D105和R101之間的壓力，便于吸附劑順利自反應器R101向D105轉劑，同時有利于D105底氫氣汽提吸附劑上攜帶的油氣，防止油氣帶入閉鎖料斗，影響閉鎖料斗烴氧環境轉換時在規定的時間內吹烴氧不合格，造成安全隱患，同時大量油氣帶入再生系統，生成大量水，為硅酸鋅的生產創造條件，使吸附劑在輸送過程中結塊，堵塞管線閥門和設備，使吸附劑失活。從D105頂至R101，首先分布4個45°長半徑彎管，最后一個是90°彎管，彎管和直管之間通過自緊式活套法蘭進行連接。如表1：D105頂氣相線具體數據。

2.2 減薄情況介紹

2016年10月20日在測厚過程中發現D105氣相線45°第二彎頭中部外彎正中線部位，45°第一彎管的外彎下部左側部位，頂部90°彎管出現減薄現象，單元領導決定關閉D105氣相線上下兩道近壁手閥，將減薄管線切出，并用內墊0.5mm厚，8×8mm不銹鋼薄板進行打卡子處理。打卡子照片如圖1。

圖1 打卡子照片

2.3 彎頭貼板處理情況介紹

由于2016年10月20日測厚發現D105氣相線彎管出現減薄現象，單元對減薄位置臨時打卡具處理后，存在嚴重的安全隱患，于2016年11月5日裝置停工，對D105脫氣線上5處彎管進行外彎貼板處理。

貼板要求：外貼板應包括完整管線減薄部位；焊接時保持管線溫度；焊材選用ENiCrMo-3；對所有角焊縫和對接焊縫部位進行PT及UT檢測。

鐵板過程：選擇φ168×11的P11直管段，按D105氣相線原彎管弧度進行煨彎，并割除內彎部分，保留長500×寬120mm外弧彎，對原管線進行加熱消氫后，將該外弧彎貼板于原管線外彎。下圖2為貼板照片。

圖2 貼板照片

3.減薄原因分析

3.1 減薄機理

在固體顆粒輸送過程中，固體顆粒與管道內壁存在強烈摩擦和撞擊所造成的磨損是輸送管道失效的重要原因之一，而輸送管道中的彎管是最容易磨損的部位。彎管的磨損率是直管的50倍左右。固體顆粒在管道輸送過程中所涉及的磨損主要有沖擊磨損、表面疲勞磨損和磨粒磨損。沖擊磨損是指氣體和固體顆粒的兩相流混合物以高速和連續不斷的方式沖擊到管道內壁面，使壁面材料發生塑性變形；而有些顆粒則被內壁面反彈出去，使壁面承受連續不斷的交變應力而發生疲勞。固體顆粒對壁面的沖擊有垂直方向沖擊和斜方向沖擊。表面疲勞磨損是由于固體顆粒在壁面的滾動和滑動而引起的。表面疲勞磨損可以發生在輸送系統中任何固體顆粒與壁面有接觸的地方及管道內壁。磨粒磨損主要是由于硬質固體顆粒的不規則形狀而引起[1]。

3.2 彎管減薄原因分析

彎管發生減薄是由于吸附劑顆粒在彎管內方向發生變化，造成顆粒對管壁的沖刷。彎管有兩種情況，以吸附劑向上輸送為例，當管道由水平向垂直方向變化時，吸附劑在彎管處，可以形成一定的物料墊，延緩了吸附劑顆粒對管壁的沖刷。當管道由垂直向水平(趨勢)方向變化時，由于吸附劑重力作用，吸附劑顆粒不會在這個彎管處形成物料墊，此處完全暴露在吸附劑顆粒的沖刷中，沖刷減薄泄漏的速率加快[2]。

3.3 前期管線測厚存在的問題分析

該段管線在之前的測厚數據中并未顯示有明顯減薄，但從實際運行來看已經有減薄，所以前期測厚存在以下問題:

⑴該管線彎管為R=8D和R=5D的長半徑彎管，前期測量均為一彎一點，測量數據明顯不夠，測量范圍相對狹小，不能準確的測到減薄點，對分析有誤導。

⑵在長半徑彎管中，內部氣相+固體可能在某一特定點形成湍流，造成局部某點腐蝕減薄嚴重，但定點測厚方法則明顯不能達到通過定點測量發現問題。圖3為頂部90°彎管內部弧段圖。

圖3 頂部90°彎管內部弧段

發現該管線有減薄現象之后，對5個彎管進行了密集測厚，圖4～圖8為5個彎管的密集測厚數據折線圖。

圖4 45°第一彎管測厚數據折線圖

圖5 45°第二彎管測厚數據折線圖

圖6 45°第三彎管測厚數據折線圖

圖7 45°第四彎管測厚數據折線圖

圖8 90°彎管測厚數據折線圖

從以上折線圖分析脫氣線情況，有以下幾個特點：

⑴ 按管內介質流動方向來看，45°第一彎管的沖刷減薄相對其它45°彎管要較為明顯。

⑵ 90°彎管雖然位于最后部位，但由于弧度較大，受沖刷腐蝕較為明顯，甚至超過45°第一彎管的減薄程度。

⑶ 彎管的側外彎相對于正外彎部位減薄量較小，但也存在不同程度的減薄。

⑷ 彎管的內彎和直管(長度較短)部位減薄量相對正常。

⑸ 減薄部位并不一定處于外彎正中線，可能受內部介質流動不規則或管線材質某處特定缺陷的影響，減薄部位可能位于外彎中心線的左右兩側，但基本位于外半彎120°范圍內，不超出外半彎180°范圍。

⑹ 彎管某部位發生減薄后，沖刷很快就可能導致該部位加劇磨損直至泄漏。

3.4 裝置操作參數對管線的影響分析

⑴ 發現該管線減薄前，D105底部錐段流化氫氣FIC-2301流量控制1400Nm3/h，隨后降至1300 Nm3/h，如圖9。

圖9 D105錐段流化氫氣流量趨勢

分析可能由于提升流化氫氣的量過大，造成D105氣相線內線速過高，對管線的沖刷腐蝕較大，在后期逐步將FIC-2301流量由1300 Nm3/h繼續降低至600Nm3/h(重新校正孔板后，流量核實為850 Nm3/h)。后期運行則FIC-2301流量按不大于800 Nm3/h控制。如圖10。

圖10 D105錐段流化氫氣流量趨勢

⑵ 分析反再系統內較多的細粉量可能造成D105頂氣相線攜帶細粉量過大，亦會造成對管線的沖蝕影響較大，擬通過提高反再系統吸附劑循環線速，來增加細粉排出量，減少細粉進入D105頂氣相線的量。操作將R102線速從0.35m/s提至0.5m/s，但粉塵罐D109料位上漲變化不大，說明細粉并未過多排出。為避免系統內較多的細粉，單元對系統強制置換了5噸新劑，并從D109將舊劑排出，如圖11。

圖11 R102線速趨勢

4 預防及解決措施

4.1 提報新的測厚手段，合理安排測厚時間和布點范圍

定點測厚是監控管道腐蝕的重要手段，從此次測厚的整體情況來看，測厚點選擇、密集度、數據的準確性以及管線內部減薄點不確定性，均導致定點測厚的結果數據有一定誤導。后期能否采用FSM電矩陣面測厚檢測系統對管線進行全面檢測，同時提高測厚頻率，增加布點范圍，以加強對減薄部位的全面監控。

4.2 工藝參數控制

⑴ 適當降低提升氣量，由于氣速是影響管道磨損的一個重要因素，所以在滿足D105收料及卸料。同時保證吸附劑不帶油氣的前提下盡量減小D105的提升氣量，降低脫氣線內氣固兩相流的流速，可以減緩管道磨損。在實際操作過程中，以設計給出的氣提量為依據，結合實際情況，逐漸降低氣提量，摸索所需要的最小氣提流量。如D105底部錐段流化氫氣FIC-2301流量控制不大于800Nm3/h，以降低D105頂氣相線的線速，降低沖蝕。

⑵ 控制反再系統循環的細粉量，減少D105頂氣相線的氣固夾帶。

4.3 管線變更及等級的更換

⑴核算能否通過增加D105頂氣相線管徑的方法，降低線速，延緩氣固兩相流對管線的沖蝕。

⑵核算能否提高D105橫向管之上的設備長度，降低D105內部吸附劑的料位藏量，避免更多的吸附劑夾帶進入頂部氣相線。

⑶ 通過設計變更采用新技術、新材質對受沖刷磨損嚴重的管件進行改進，提高管道壁厚等級，加強管線內部的抗沖刷硬度，延緩管道沖刷穿透的時間，提高管線抗沖刷磨損的性能。

⑷ 對新管線外彎提前包盒子，內襯剛玉料，以延長沖刷減薄泄漏的時間。

⑸ 對沖刷嚴重且布有檢測點的管件要制作可拆卸式檢測盒，便于檢測工作的實施。

⑹ 對該管線加強巡回檢查，發現有泄漏跡象及時切出進行處理。

5 結束語

通過對D105脫氣線彎管減薄情況的介紹，分析了減薄的原因，并提出了預防解決的具體措施，對裝置長周期運行有一定的指導意義。

[1] 王中營，張海紅，武文斌，等．物料顆粒在彎管內的摩擦磨損與運動分析[J]．糧食與飼料工業，2014(12)：15-17．

[2] 李 輝．S Zorb裝置再生系統轉劑線泄漏原因及對策[J]．煉油技術與工程，2016,46(10):19-23.