高壓氧氣管道檢修及陣列渦流在線檢測的實踐應用

自曉東， 李守民， 何曉方

(萬華化學(寧波)有限公司， 浙江寧波 315812)

1 工藝背景

空分裝置來的純氧分流成4路，分別經(jīng)氧氣流量調(diào)節(jié)閥、氧氣切斷閥后，進入工藝燒嘴的中心通道和外通道。高壓氧氣系統(tǒng)管道一旦出現(xiàn)裂紋、斷裂，會發(fā)生純氧泄漏，引發(fā)火災和爆炸等嚴重事故。檢修過程中，如果沒有脫脂徹底、吹掃干凈，在投料引氧過程中就有可能發(fā)生重大事故。2020年，利用套系氣化爐檢修機會，檢查造氣裝置界區(qū)內(nèi)氧氣支線管線，發(fā)現(xiàn)氧氣管線的多個彎頭和管道焊縫出現(xiàn)不同程度裂紋。2021年，利用裝置大修，提前對造氣裝置總管進行檢查，制定檢修策略，確保氧氣管線安全穩(wěn)定運行[1]。造氣裝置氧氣管道參數(shù)見表1。

表1 造氣裝置氧氣管道參數(shù)

2 氧氣管線出現(xiàn)裂紋的原因分析

2.1 母材未進行固溶處理

華東理工大學化工機械研究所對缺陷彎頭進行分析。第一次裂紋取樣在熱影響區(qū)附近，此處有析出物并不能說明母材未作固溶處理。在離熱影響區(qū)較遠位置另外取樣，磨制金相后在高倍鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)晶界上有碳化物析出。結(jié)論為304奧氏體不銹鋼的彎頭未進行固溶處理。

通過固溶處理，不銹鋼合金中各種相充分溶解，強化不銹鋼的固溶，可提高其塑性、韌性、抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。未進行固溶處理的氧氣彎頭，焊接時熱影響區(qū)會進一步增加晶界的碳化物析出，加速應力開裂。

2.2 氯離子腐蝕

華東理工大學利用掃描電子顯微鏡配套的能譜儀對未清洗彎管裂紋斷面進行能譜測試，發(fā)現(xiàn)其主要成分為 Fe、Cr、Ni、Cl等。檢測出了敏感元素Cl，3個檢測位置的質(zhì)量分數(shù)分別為1.76%、1.00%、0.71%。彎管材質(zhì)為304奧氏體不銹鋼，推斷是氯離子引起應力腐蝕導致彎管開裂。

查詢《API RP 581—2016 基于風險的檢測技術(shù)》，氧氣管線開裂的位置靠近氣化爐附近，表面溫度為50～60 ℃，符合矩陣中風險對應(見表2)。

表2 氯離子腐蝕風險評估表

綜上分析，認為氧氣管線應力開裂的原因如下：

(1) 氧氣管線冷加工后的彎頭未進行固溶處理，導致高硬度馬氏體相無法轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，提高了應力腐蝕開裂的敏感度。

(2) 存在外部氯離子，其來源為沿海大氣以及每月氧氣管線查漏使用的洗衣粉配置液。

(3) 與高溫環(huán)境腐蝕有關(guān)。開裂的氧氣管線離氣化爐較近，管線表面溫度較高。

3 改進措施

3.1 檢查和維修氧氣支管

檢查所有支管氧氣管道，對缺陷的氧氣管線進行更換。

(1) 泄壓

氣化爐套系停車后，對支管氧氣管道進行泄壓。同時，根據(jù)氧氣管道總管壓力表的變化，檢查氧氣支管總切斷閥的內(nèi)漏情況。

(2) 隔離

采用管道斷開的方式進行隔離。現(xiàn)場拆除氧氣支管流量計，斷開氧氣支管，切斷閥后三通管道，高壓氮氣手閥鉛封上鎖，單套系統(tǒng)上鎖。

(3) 滲透檢測

利用砂輪機對氧氣管道彎頭和焊縫表面進行初期打磨處理，清除管道表層的銹跡、雜物，使其具備滲透檢測條件。對照氧氣管線單線圖，檢測人員使用清洗劑清洗彎管、管道焊縫等檢測部位。將滲透劑均勻噴涂在待檢管道位置，待滲透劑充分滲透后再次使用清洗劑清洗管道外表滲透劑，使用著色劑進行噴涂顯色檢測。

施工人員使用砂輪片對滲透不合格處進行初步打磨，每打磨1 mm深度，做1次滲透檢測，直到合格為止。

打磨深度超過4 mm以上，且滲透檢測仍不合格時，需對管道進行切割更換。管線焊接前需要預先安裝工藝燒嘴，將4個燒嘴都安裝好后方可進行舊管道的切割打磨，以防止管道變形和偏差。管道切割前，使用導鏈對管道進行有效固定，防止管道割開后發(fā)生下沉滑落危險[2]。

氬弧焊接底層時，管內(nèi)應充氮保護；焊完后，應趁高溫用鋼絲刷將焊縫表面刷干凈，檢查焊接質(zhì)量；蓋面層焊接完成后，及時清除焊渣和飛濺物，并用鋼絲刷刷干凈表面后，檢查焊接質(zhì)量。

使用酸洗液對每道焊口及周邊進行酸洗，酸洗后用鈍化膏均勻擦拭焊口。對已焊完的焊縫進行外觀檢查，合格后需要再進行滲透自檢和射線檢測，方可進入下一環(huán)節(jié)。

氧氣管道返修合格后，應對管道進行水壓試驗。氧氣管道采用液壓試驗時，試壓水泵必須除油，試驗介質(zhì)應是無油介質(zhì)。水壓試驗時，不銹鋼管線使用氯離子質(zhì)量濃度<10 mg/L的工業(yè)水進行試壓。試驗壓力為設(shè)計壓力的1.5倍，即13.5 MPa。

鋪設(shè)一根DN50 聚乙烯臨時管道，將需要酸洗的管道和彎頭通過軟管連接，回液至清洗槽后進行清水循環(huán)。氧氣管道采取清洗液充滿的循環(huán)清洗方式。當酸洗液的濃度不再變化且總鐵濃度趨于穩(wěn)定值(Fe3+的質(zhì)量分數(shù)控制在750×10-6以下)時，向系統(tǒng)內(nèi)充入儀表空氣并排放酸洗液。酸洗結(jié)束后進行清水沖洗，當出口水pH>5.0，且進出口沖洗水的pH趨于平衡時，水洗結(jié)束。將脫脂液按體積比為1%的比例注入清洗系統(tǒng)內(nèi)，對氧氣管線和閥門進行循環(huán)脫脂，脫脂時間為8～12 h。脫脂結(jié)束后，使用潔凈干燥無油的氮氣對管道進行干燥，直至管道出口無脫脂液為止。管線檢修結(jié)束后，使用高壓氮氣對管線進行工藝吹掃和氣密試漏。

3.2 氧氣總管的檢查和檢修策略

進一步排查氧氣總管到裝置的管線，考慮總管正常投用內(nèi)部有連續(xù)輸出的高壓氧氣，不能在管道表面進行打磨動火，綜合評估后使用陣列渦流的方法檢測氧氣總管缺陷。對25個彎頭進行檢查后發(fā)現(xiàn)，其中10個彎頭存在缺陷，結(jié)合陣列渦流的檢測結(jié)果，對缺陷做射線檢測，均顯示正常。大修前先對氧氣總管進行檢測，可減少氧氣總管檢修費用。

3.3 氧氣管道的日常維護策略

對氧氣管道進行整體的防腐處理，避免氧氣管線和外界環(huán)境直接接觸；和工藝優(yōu)化中心共同尋找合適的氧氣管線試漏劑，經(jīng)過多次試驗后決定采用純化水配制1∶100洗手液稀釋液。向洗手液稀釋液中加入定量的碳酸鈉,使其碳酸鈉質(zhì)量濃度為40×10-6～80×10-6g/L(2.5 L噴壺中對應0.1～0.2 g)，調(diào)節(jié)pH值在8～10之間。檢查氧氣管線和框架接觸的支管臺，避免不銹鋼管線滲碳腐蝕[3-4]。

4 結(jié)語

全面排查3套氧氣管線，共處理55處缺陷，其中更換33處彎頭、管道，修復22處裂紋，氧氣支管缺陷隱患得到100%整改，保證了裝置的穩(wěn)定和安全運行。

氧氣管線是氣化爐穩(wěn)定運行的前提和保障。通過分析氧氣管線裂紋的產(chǎn)生，可避免氯離子引起的管線應力腐蝕開裂；同時，陣列渦流檢測方法為化工連續(xù)高危壓力管道的檢測提供了有價值的參考。