加氫裝置小管徑高壓管線的泄漏分析與預防

(中國石油獨山子石化分公司煉油廠，新疆 獨山子 833699)

某加氫裂化裝置2009年建成投產，裝置以減壓蠟油和焦化蠟油為原料，生產低硫、高十六烷值的優質柴油、輕烴氣體、液態烴、石腦油和加氫尾油。根據生產需要，反應轉化率可在63%到70%之間進行調整。裝置由反應部分、分餾部分及公用工程設施等組成。

反應部分主要為高溫高壓區域，部分區域的壓力高達17 MPa，溫度高達440 ℃，且反應部分介質含有較高濃度的有毒有害物質，如發生泄漏在無法有效隔離的區域，會造成嚴重的環境污染，使企業蒙受巨大的經濟損失。

1 小管徑高壓臨氫管線運行現狀

在2017年10月，加氫裂化裝置循環氫壓縮機入口分液罐切液線A閥前手閥接管發生泄漏，泄漏部位位于閥前管線對接焊縫熔合線北側附近，東側偏上位置。泄漏管線于2009年投用至今，介質為硫化氫、氫氣混合氣體以及凝液，溫度為58 ℃，壓力為14.5 MPa。泄漏管線更換后，裝置恢復正常生產。泄漏部位見圖1。

圖1 分液罐切液線泄漏部位

泄漏管線材質為A106-A，規格為φ34 mm×6.5 mm的較細高壓管線。對該管線進行全面測厚檢查，除了泄漏部分前后20 mm范圍內存在不規則的減薄外，管線其余同等級部位最小壁厚為5.91 mm，由此推算，該管線的最大腐蝕速率為 0.074 mm/a[1]，不存在明顯的腐蝕減薄。

按設計要求的20%檢測比例無法完全覆蓋到類似的區域。在泄漏管線更換后，對158處類似的小短管進行了全面的測厚排查，也未發現有明顯的腐蝕減薄情況，常規的檢測無法精確覆蓋到每一處的異常部位。因此，單純的增大檢測比例不是一個有效的選擇。

剖開該管線后發現，整段管線內部均有結焦，結焦主要集中在管內下半部，一道閥前結焦比較嚴重。圖2所示三通南側截面，管口底部可見焦狀物沉積，厚度約1/4內徑。結焦區域約從4點順時針至7點半位置。圖3為南側一道閥前焊縫橫截面，范圍從2點半順時針至12點鐘位置均有結焦，漏點位置在約2點鐘位置，其中3點至9點結焦較厚，9點至12點結焦相對較薄。

對剖開的泄漏管線進行外觀檢查，可見深淺、寬窄不規則的沖蝕溝槽，漏點距焊縫5 mm，詳見圖4。管壁泄漏部位為沖蝕產生，沖蝕部位軸向長度約55 mm，并且溝槽相對較窄，約10～20 mm，沖蝕溝槽過焊縫后擴大為1/4圓周長度。

圖2 三通部位接頭狀況

圖3 泄漏部位結焦狀況

圖4 漏點部位管線解剖示意

2 原因分析

循環氫緩沖罐V108切液線是間斷性操作，平均每8 h打開切液閥一次，且A/B支路輪流進行操作，分配到每一條支路管線上，每16 h才操作一次，每次操作時間為20～30 s，當后路介質的流量上升后則立即關閉。在靜置的時間段內，由于重力的作用，凝液含有的催化劑粉末等雜質逐步沉積到切液線下部。切液閥打開時，含有催化劑粉末的雜質逐步向前移動，部分沉積物逐漸形成結焦，焊縫內部余高加劇了結焦形成，結焦逐步增加，造成介質通過量逐漸降低，越靠近一道閥結焦越厚，管線內壁的結焦和和焊縫余高造成的結焦厚度不同使介質流道改變，進一步造成切液時介質的流速增加。

V108切液時氣體流量為1 000～1 500 m3/h，根據理想氣體的狀態方程PV=nRT，換算成V108切液狀態下的流量為5.69～8.53 m3/h[2]，進一步測算出切液線全通情況下的介質流速為4.86～6.54 m/s。當切液線被部分含催化劑的雜質堵塞時，通過此次解剖的管線估算，泄漏點附近結焦最為嚴重的管線通行截面積僅為正常的40%，由此測算出氣體介質的流速為11.41～17.11 m/s,遠超過設計規范規定的富氫類壓力管道介質流速不大于8 m/s的指標。因為部分混合介質的液體無法在氣體通過前完全排放至后路，當氣體通過時，部分氣液混合介質共同沖刷在管線結焦的空隙部位，且介質的流向直接朝向管壁，沖刷范圍不斷增大、沖刷溝槽加深,導致管壁穿孔[3]。

管線結焦物質為兩部分，一部分為黑色粉狀顆粒狀物，另一部分為棕色塊狀顆粒狀物。對結焦物進行化學組成分析，分析結果如表1所示。

表1 結焦物化學分析

*熱重稱樣10 mg左右，查看垢樣分兩種顏色，一種黑色粉狀小顆粒，一種棕色塊狀顆粒，分析黑色粉狀小顆粒，碳粉為6.60%；分析棕色塊狀顆粒，碳粉為3.03%，平均后結果為4.81%。

對兩種樣品分別進行熱組成分析，分析結果如表2所示。

表2 結焦物熱組成分析 w,%

由表1和表2看出,結焦物質雖然有一定的差別，但主體都是加氫裂化催化劑粉末并含有一定量的碳粉。

加氫裝置的催化劑破碎產生的粉末和反應系統生成的焦粉無法避免。對于大管徑高壓工藝管線，部分催化劑粉末和焦粉等雜質的沉積不影響流通面積和流體方向。大管徑高壓管線上的導淋或放空管線僅在開工或停工階段使用，在正常運行狀態下，導淋或放空管線相當于靜止狀態，僅承受靜態的壓力，且在腐蝕不嚴重的情況下，介質的流量或流向的改變對其影響也不大[4]。高壓臨氫管線的主要風險點在類似切液線等較高頻次的間歇性小管徑管線上，部分雜質的聚集或沉積，有可能造成管線內介質流速、流向的改變和介質直接沖刷管壁，且沖刷范圍不斷增大，長期直接沖刷導致管壁穿孔[5]。

3 預防措施

加氫裝置的催化劑粉末和反應系統產生焦粉無法避免，但在一定的時間段內，卻可以將催化劑粉末與焦粉沉積的影響降低。如利用停工大修的機會，對反應系統的小管徑高壓管線進行高壓水沖洗，降低催化劑粉末與焦粉等雜質沉積在小管徑管線內存在的概率，從而減小高壓、高速的介質直接沖刷管壁的概率，降低小管徑高壓管線泄漏穿孔的可能。

雖然無法避免催化劑粉末和焦粉等雜質的產生，但在一定的時段內，可降低此類可沉積雜物產生的比例。在催化劑裝填前進行篩分，使用專業的工具按制定好的裝填方案進行裝填，減小催化劑碎裂的概率，降低無效的催化劑粉末被裝填進反應器而導致反應器床層壓力差升高、產生床層熱點、增大反應系統操作難度、降低催化劑有效使用周期等問題出現的概率[6]。保持生產的穩定，避免大幅度的改變工藝參數，降低催化劑破碎與介質結焦的概率，從根本上降低催化劑粉末與焦粉出現在小管徑高壓管線的概率。

根據固態物質沉積的機理，對可能存在介質沉積的部位進行大范圍針對性的管線測厚，以第一時間掌握管線的壁厚情況，提前預防，及時補強或更換，避免出現不可控的泄漏以及泄漏后所引發的蝴蝶效應。

4 結 論

通過對加氫裝置小管徑高壓管線泄漏原因的分析，采取了高壓水沖洗的措施，降低催化劑粉末與焦粉等雜質沉積在小管徑管線內存在的概率。經過400多天運行，結果證明：該措施有效地避免了小管徑高壓管線泄漏事故，保障了加氫裝置的穩定運行，為加氫裝置的安全運行提供了保證。