PDH高溫氫烴泄漏管線裂紋的在線焊接

嚴維山，李遠征，冀紅飛，錢曉健，毛克有

（東華能源 （寧波）新材料有限公司，浙江 寧波 315812）

0 引言

東華能源（寧波）新材料有限公司66萬t/a丙烷脫氫制丙烯裝置（以下簡稱“PDH”）于2016年11月份投產(chǎn)，該套裝置采用UOP公司的OleflexTM工藝。主要由原料預(yù)處理單元、反應(yīng)單元、催化劑再生單元、冷箱分離單元、SHP單元、精餾單元、PSA單元組成。裝置自開車以來一直運行平穩(wěn)，但在2018年1月22日，操作人員巡檢發(fā)現(xiàn)第四反應(yīng)器出口到熱聯(lián)合換熱器E201-3的反應(yīng)流出物管線彎頭處冒出火苗，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)在彎頭的上游焊口有約40 cm長的裂紋。該管線內(nèi)介質(zhì)為氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等的混合物，其中還含有50 ppm的H2S。該管線直徑42英寸 （約106 cm），介質(zhì)溫度約600℃，泄漏后立即著火，為控制火勢先由維保單位制作臨時卡箍夾住裂紋減少泄漏量，并用氮氣進行滅火。

1 泄漏情況分析

1.1 泄漏點情況

來自冷箱來的丙烷與氫氣的混合氣，再經(jīng)過熱聯(lián)合進出料換熱器E201-1～4與來自第四反應(yīng)器的反應(yīng)流出物分兩路經(jīng)過E201-1～4與反應(yīng)器進料換熱，依次經(jīng)過進料加熱爐、第一反應(yīng)器、第一中間加熱爐、第二反應(yīng)器、第二中間加熱爐、第三反應(yīng)器、第三中間加熱爐、第四反應(yīng)器，然后反應(yīng)流出物從第四反應(yīng)器分兩路分別進入E201-1～2，和E201-3～4，與反應(yīng)器進料換熱后進入壓縮分離系統(tǒng)，該泄漏點位于第四反應(yīng)器出口到E201-3管線處，經(jīng)檢查彎頭的前一道焊口處發(fā)現(xiàn)有兩段裂紋，一段長度為40 cm，另一段長度為20 cm，管線裂紋泄漏點見圖1。泄漏介質(zhì)主要為丙烷、丙烯、氫氣，該介質(zhì)溫度600℃，泄漏后與空氣接觸發(fā)生自燃著火，制作臨時鐵質(zhì)抱箍，暫時控制住了泄漏量。

1.2 泄漏原因分析

在2016年7月份施工時，E201-3前面的彎頭與直管段錯邊量達到10 mm，無法焊接，只能把原直管段的管線切割掉150 mm長，然后用一段150 mm長的短管做過渡，這樣錯邊量減少從而完成了焊接，焊后無損檢測合格。正是此處焊接的焊縫在本次出現(xiàn)了裂紋，導(dǎo)致泄漏著火，分析主要原因是錯邊量大導(dǎo)致焊接時出現(xiàn)應(yīng)力且應(yīng)力未能消除所致。

圖1 管道焊縫裂紋泄漏點

圖2 是開裂焊縫的顯微金相分析照片，可見開裂是完全沿晶的，是與主斷裂面平行的柱晶結(jié)合面裂紋，說明該處枝晶偏析對焊縫強度產(chǎn)生了嚴重削弱。

圖2 完全沿晶的裂紋金相分析照片

2 焊接論證

公司召開專題會討論該管線裂紋能否焊接，設(shè)備、安全、工藝等相關(guān)專業(yè)根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗發(fā)表了不同看法。

主張停工處理的觀點認為：首先，危險性大，現(xiàn)場存在著火、爆炸、中毒、墜落、坍塌等風(fēng)險；其次，溫度高，裂口長，焊接難度大；國內(nèi)PDH裝置沒有先例，鑒于風(fēng)險大，在沒有十分把握的情況下停工處理最穩(wěn)妥。

主張在線焊接的觀點認為：國內(nèi)天然氣管道處理缺陷時有過在線焊接的成功案例[1]，而且有的煉油裝置處理小泄漏點時也有在線焊接的應(yīng)用，但需要聘請國內(nèi)焊接專家，制定詳盡的焊接方案，采取恰當(dāng)?shù)陌踩胧M量降低風(fēng)險，有保障地完成任務(wù)。

3 焊接前的風(fēng)險分析

經(jīng)過討論，公司同意在線焊接作業(yè)，并由安環(huán)部門針對此次施工作業(yè)進行風(fēng)險分析及制定相應(yīng)對策，具體情況見表1所示。

表1 風(fēng)險分析與對策

4 實施焊接

公司聘請國內(nèi)知名專業(yè)堵漏施工隊，包括4名技術(shù)過硬的焊接技師，討論并制定了切實可行的施工方案。

焊接主要包括五個步驟：固定、止裂、攆焊、補強、收口。

第一步，固定：由于管線有二段共約60 cm長的裂紋，如果冒然在管線上焊接則不能保證焊接過程不會擴大裂紋，所以先用加強筋板在管道的環(huán)焊縫上進行做拉筋固定加強，防止焊縫拉開。

第二步，止裂：為防止直接在焊口上焊接導(dǎo)致焊縫裂紋擴大，在裂紋的末端先點焊；圖3顯示管道裂紋情況，及固定筋板和止裂的照片。

第三步，攆焊：然后在焊縫上直接焊接，但是焊接時不能持續(xù)焊接時間過長，一是因為管線外壁溫度高，熔池不容易凝固；二是因為裂紋處著火，需要不時的進行滅火處理，同時為減少可燃氣的泄漏量要把焊縫攆小。

圖3 固定及止裂后的裂紋圖片

第四步，補強：焊接的過程中發(fā)現(xiàn)有的焊縫裂紋邊緣脆化，不適宜直接焊接，還有的在補焊的地方需要加固處理，所以對上述部位進行了外加蓋板補強焊。

第五步，收口：在最后一塊蓋板上預(yù)先焊接一個短管法蘭，把有余壓的可燃氣導(dǎo)出，待整體焊接完畢后用盲法蘭盲死。圖4顯示收口后的整體焊接完成圖片。

焊接過程雖然偶爾發(fā)生著火，但都在預(yù)案控制之內(nèi)，技術(shù)團隊處亂不驚最終完成了焊接任務(wù)，經(jīng)現(xiàn)場分析沒有發(fā)現(xiàn)可燃氣，達到了預(yù)期效果，堵漏成功。

圖4 裂紋焊接后的圖片

5 效果與行業(yè)經(jīng)驗

焊接完畢后，生產(chǎn)期間操作人員每天巡檢監(jiān)測二次，經(jīng)過3個月的運行沒有發(fā)現(xiàn)可燃氣。此次PDH裝置在線焊接高溫大直徑管線裂紋尚屬首次，為公司減少了裝置停車的損失，同時為行業(yè)應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗。