加氫改質裝置高壓臨氫管道裂紋的處理

張 璽

(中國石油哈爾濱石化分公司，黑龍江省哈爾濱市 150056)

加氫改質裝置高壓臨氫管道裂紋的處理

張 璽

(中國石油哈爾濱石化分公司，黑龍江省哈爾濱市 150056)

中國石油哈爾濱石化分公司加氫改質裝置在使用過程中，發現該裝置的高壓臨氫管道上的熱偶接管和主管道連接角焊縫發生泄漏，隨即停工進行排查，停工排查期間又發現反應器入口管線熱電偶接管和主管道連接角焊縫發生泄漏。該公司立即制定了更換失效部位主管段的搶修方案，在搶修過程中選用適宜的保護措施、切割方法、焊接工藝以及熱處理過程。通過更換母材，排查類似焊道等措施，消除了隱患，恢復生產。

高壓臨氫管道 焊口開裂 不銹鋼焊接

為了提高柴油產品質量，改善產品結構，中國石油哈爾濱石化分公司(以下簡稱哈爾濱石化分公司)“十一五”期間建設一套由反應、分餾和公用工程三部分組成的0.8 Mt/a中壓加氫改質裝置。本裝置采用雙劑串聯尾油全循環的中壓加氫改質工藝。反應部分采用爐前混氫、冷高分方案，分餾部分采用脫丁烷塔和常壓塔出輕、重柴油方案。加氫改質裝置以催化柴油和常減壓蠟油為原料，主要產品是輕柴油、重柴油、輕重石腦油、粗液化氣和燃料氣。

1 失效故障的發生

2011年9月發現該裝置的反應爐出口線上的熱電偶接管和主管道連接角焊縫發生泄漏。該管道及熱電偶接管材質為TP321，規格分別為φ273.05 mm ×28.58 mm、φ48.26 mm ×7.14 mm，管道內介質為混氫油，設計壓力13 MPa，操作壓力9.5～10.5 MPa，工作溫度低于400℃，泄漏點見圖1。發現漏點后車間立即對加氫高壓臨氫系統進行排查，將管線上帶有接管的部位的保溫層全部拆除，檢查所有接管焊道。經過檢查，又發現反應器入口線熱電偶接管和主管道連接角焊縫發生泄漏，管道及熱電偶接管規格分別為φ323.85 mm ×33.32 mm、φ48.26 mm ×7.14 mm，材質同樣為TP321。

2 失效故障的處理

2.1 停工搶修

圖1 爐出口焊縫泄漏Fig.1 Leakage of the welding seam in furnace outlet

為確保安全生產，車間決定立即停工搶修，制定搶修方案。發生故障的部位位于加氫裝置反應單元，該反應單元流程為典型的爐前混氫、冷高分方案。原料油經反應進料泵(P-2102)抽出升壓，與循環氫混合，再與反應產物換熱(E-2101/AC)，經反應進料加熱爐(F-2101)加熱至反應溫度后進入加氫精制反應器(R-2101)。在車間技術人員的指揮下熄滅反應爐，切斷進料。將加氫反應系統降溫降壓，用高壓氮氣置換反應系統中的氫氣。測氧測爆合格后，切斷失效管段的流程，將反應加熱爐出口和反應器入口分別打開，加盲板與系統隔離。

2.2 切割故障管段

哈爾濱石化分公司決定將發生失效故障的兩段主管進行切割更換。為避免發生連多硫酸應力腐蝕開裂，在反應系統和被隔離管段分別引入氮氣保護設備，保證微正壓。由于加氫裝置的設備與管線在硫化氫與氫氣的環境下具有還原性，這會導致硫化亞鐵的垢物成為主要產物。一旦奧氏體材料被激活就會發生開裂。TP321不銹鋼材料(特別是在焊接的熱影響區)長期高溫下運行或冷加工變形過大等條件下容易受到敏化，所以在搶修過程中要避免設備接觸空氣和水。

在切割奧氏體不銹鋼時，施工單位選用等離子切割機進行切割作業，切割效果見圖2。等離子切割速度快，速度可達普通氣焊的5～6倍，并且切割面光潔，熱變形小，幾乎沒有熱影響區。為了保證搶修進度和質量，切割作業人員必須經驗豐富、技能熟練。切割時務必選用合適的空載電壓和弧柱電壓，合適的電流及工作氣體流量。在保證質量的前提下應盡可能提高速度，這不僅可以提高生產率，而且能減少被切割部位的變形量和熱影響區，否則會使黏渣增加，切割質量下降。

圖2 故障管段切割效果Fig.2 Sketch map of the disabled pipe

2.3 更換新管段

為了將管材焊透和焊條能直接觸及焊縫根部，從而保證焊縫的完全融合，必須將管材進行預制。加氫高壓、高溫系統管道管壁較厚，普通氣割、砂輪機加工難度大，精度差、效率低，無法滿足工程的需要，尤其不能滿足焊接、組對以及焊縫質量的要求。所以，新購進的母材管段在坡口加工車床上進行預制和鉆孔，預制后的管件見圖3。主管段坡口型式采用V型坡口，將現場切割后的母材坡口嚴格打磨后，現場測量長度，確定新管段的尺寸。將所有坡口進行探傷檢測，確認質量后清洗干凈。

圖3 預制后的管件Fig.3 The prefabricated pipe

選擇與母材成分相近的焊材，焊絲為TGF308L，焊條為A132。支管承插焊接選擇手工電弧焊，主管段選擇氬電聯焊，填充焊采取多層多道焊的焊接工藝。在保證焊透及熔合良好的條件下，采用小線能量，焊接時保持適當的焊接速度，并控制熔池溫度不要過高。施焊時確保起弧和收弧處的質量，起弧時應保證母材熔透，收弧時應將弧坑填滿。多層焊間的接頭應相互錯開并注意層間清理。采用短電弧、窄焊道、不擺動或小擺動的操作方法，盡量保持電弧電壓的穩定，熔敷金屬寬度不得超過焊條直徑的三倍。嚴格控制層間溫度，不得高于100℃。現場焊接作業需要采取具有針對性的措施，增加焊縫層間檢驗程序，保證厚壁管道檢驗和返修達到檢驗要求。主管段組對、打底焊后，做一遍滲透檢驗，填充焊接一遍時，進行100%射線檢驗，合格后進行下一道焊接。后面每層焊接后都要進行滲透檢測。焊接完成、表面處理合格并經熱處理后再進行滲透。

2.4 焊縫的熱處理

由于焊接引起的溫度不均勻分布，焊接金屬熱脹冷縮，所以伴隨焊接施工必然產生殘余應力［1］。為改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應力都需要對焊縫進行熱處理。加氫裝置由于高溫和臨氫腐蝕的特點，選用的管線材質一般為TP321等，有穩定化熱處理的工藝要求，因此制訂具有針對性的成熟的焊接及熱處理工藝是保證焊縫質量的前提和基礎。

熱處理過程的升溫速度不限，恒定溫度為(900±10)℃，壁厚≤25 mm的管材需保溫2 h;保溫時間隨管道壁厚的增加而增加，增加數量為4.7 min/mm;恒溫結束后，即刻進行空氣冷卻。

3 結束語

中壓加氫改質裝置高溫高壓管道經過精心的焊前準備、嚴格的施工過程管理、合理的焊接工藝和焊后熱處理，以及現場管道預制口、安裝口的合理安排，管道安裝質量非常理想，圓滿完成了焊接施工任務，為以后同類材質的施工積累了寶貴經驗。

［1］田錫唐.焊接結構［M］.北京:機械工業出版社，1991:63-65

Treatment of Cracks in HP Hydrogen Pipeline in Hydro－upgrading Unit

Zhang Xi
(PetroChina Harbin Petrochemical Company，Harbin，Heilongjiang 150056)

In the operation of hydro－upgrading unit in PetroChina Harbin Petrochemical Company，the angle weld between thermal couple and main line of HP hydrogen pipeline of the unit leaked，and the unit had to be shutdown for inspection and maintenance.In the inspection during the unit shutdown，another leak was found on the angle weld in the connection of thermal couple and main pipeline of reactor inlet line.The failed main pipeline was replaced.Appropriate protection measures，cutting methods，welding process and heat treatment were adopted in the maintenance.The effective maintenance and replacement of base materials，etc have eliminated the safety hazards and the unit is restored to normal operation successfully.

HP hydrogen pipeline，weld cracks，stainless steel welds

TE986

B

1007－015X(2012)03－0028－03

2012－01－ 03;修改稿收到日期:2012－04－12。

張璽，(1981－)，2004年畢業于黑龍江大學化學專業。現任哈爾濱石化聯合裝置車間設備技術員。

(編輯 張向陽)