程先步
(中國(guó)石化安慶石化公司設(shè)備工程處,安徽 安慶 246002)
設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行是保證裝置生產(chǎn)的關(guān)鍵因素,但由于受設(shè)計(jì)制造、工藝過(guò)程、設(shè)備材質(zhì)、操作及管理人員水平等因素影響,常常導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障甚至事故。為了提高設(shè)備可靠度,減少設(shè)備故障發(fā)生,通過(guò)對(duì)煉油裝置主要設(shè)備出現(xiàn)的主要故障進(jìn)行分析,提出相應(yīng)的預(yù)防措施及對(duì)策,采取有效的控制手段,加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和管理,實(shí)現(xiàn)以最小的消耗,取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
(1)焦炭塔主要缺陷及原因。Ⅰ套焦化裝置1987 年9月投產(chǎn),已運(yùn)行了30 年以上,2018 年9 月全面檢驗(yàn),目前存在的主要缺陷有:①塔體鼓包變形嚴(yán)重,塔101/1.2 鼓包最大變形量均為120mm,由于焦炭塔在開(kāi)始進(jìn)油的一段時(shí)間在塔壁徑向、軸向、環(huán)向形成了最大溫差應(yīng)力,產(chǎn)生了塑性和蠕變變形。②焦炭塔的應(yīng)力情況相當(dāng)復(fù)雜,軸向、徑向、環(huán)向均存在溫差,熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力等交織在一起。溫度和應(yīng)力的交變作用,使變形部位局部應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限,因此,每循環(huán)一次受一次損傷。
(2)焦炭塔失效形式。焦炭塔的失效形式有:裙座鼓包和開(kāi)裂、殼體鼓包和開(kāi)裂、復(fù)層開(kāi)裂、塔壁腐蝕、接管腐蝕和開(kāi)裂,鼓包和開(kāi)裂是影響焦炭塔安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。
(3)延長(zhǎng)焦炭塔壽命的措施。①焦炭塔鼓脹變形的判別應(yīng)以晶相組織明顯碳化物球化和壁厚明顯減薄為標(biāo)準(zhǔn),變形量作參考,不得因工序搶時(shí)間而產(chǎn)生較大溫差應(yīng)力,引起焦炭塔焊縫開(kāi)裂泄漏著火。②嚴(yán)格工藝操作,確保每個(gè)步驟有足夠的時(shí)間。③塔體保溫必須完好,否則不再滿足安定性條件,保溫一旦脫落,必須立即修復(fù),保溫脫落時(shí),應(yīng)力集中、高溫硫腐蝕、旋流沖刷加劇,直至泄漏、斷裂。
(1)減壓塔主要缺陷。減壓塔減三線、減四線填料腐蝕塌陷,支撐梁坑蝕、減薄嚴(yán)重,分布器、分布槽等內(nèi)構(gòu)件腐蝕嚴(yán)重,進(jìn)料段襯里及焊縫沖蝕、坑蝕嚴(yán)重,焊縫局部已腐蝕穿透,進(jìn)料分布擋板腐蝕嚴(yán)重。
(2)改進(jìn)措施。高溫重油部位的腐蝕主要集中在減壓塔減三、減四線塔壁、焊縫、填料,減壓塔進(jìn)料段襯里及進(jìn)料分布擋板、減壓爐低速轉(zhuǎn)油線等部位,檢修時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查這些部位,同時(shí)日常生產(chǎn)中做好這些部位的腐蝕監(jiān)控工作。
(1)常壓塔主要缺陷。塔頂封頭及塔壁內(nèi)襯板腐蝕嚴(yán)重,塔頂塔壁氣液交界處坑蝕嚴(yán)重,焊縫邊緣凹陷較多,塔盤以上8~12cm 之間的氣液相交界處,塔壁坑蝕,最大坑深約5mm,塔盤、浮閥嚴(yán)重腐蝕減薄,大部分浮閥脫落,受液槽腐蝕減薄穿孔,回流管管壁坑蝕、減薄,管壁多處存在開(kāi)裂現(xiàn)象,管箍腐蝕減薄脫落。
(2)防范措施。①?gòu)?qiáng)化裝置工藝防腐措施,重點(diǎn)加強(qiáng)電脫鹽、破乳脫鹽、注中和劑、注低溫緩蝕劑和三頂注洗滌水的管理,對(duì)工藝防腐效果進(jìn)行及時(shí)有效的在線腐蝕監(jiān)測(cè),及時(shí)調(diào)整工藝防腐措施,確保工藝防腐效果。②裝置設(shè)備、管線每半年一次的定點(diǎn)定期測(cè)厚工作應(yīng)做到細(xì)致、全面,增加設(shè)備及管線在線腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)。③因常頂腐蝕嚴(yán)重,考慮長(zhǎng)周期運(yùn)行,建議將常壓塔頂封頭及頂部長(zhǎng)筒節(jié)材質(zhì)改為殼體:Q245R+N08367 CLAD,頂部5層塔盤:N08367 或鈦材。
(1)換熱器分程箱隔板變形及裂紋。螺紋鎖緊環(huán)換熱器分程箱隔板角焊縫開(kāi)裂,分程箱隔板嚴(yán)重變形,主要是下管程換熱管堵塞較為嚴(yán)重,造成分程箱上下差壓較大,長(zhǎng)時(shí)間使分程隔板中部發(fā)生向下的鼓起。在這個(gè)應(yīng)變的過(guò)程中分程箱中間隔板邊緣角焊縫產(chǎn)生較大應(yīng)力,加上氯離子等的腐蝕,在應(yīng)力最為集中的部位產(chǎn)生穿透性裂紋。
(2)密封盤整圈裂紋。在對(duì)密封盤進(jìn)行肉眼檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)密封盤密封面凸臺(tái)根部有整圈裂紋,產(chǎn)生裂紋的原因是密封盤密封面在大螺紋外頂絲和外圈壓環(huán)的壓緊力作用下和波齒墊、管箱密封面進(jìn)行密封,大螺紋內(nèi)頂絲和內(nèi)圈壓環(huán)的推力作用下,使密封盤發(fā)生塑變,因此密封面凸臺(tái)根部應(yīng)力較為集中。
(1)加強(qiáng)腐蝕管理和腐蝕監(jiān)測(cè),設(shè)備及管線的接管、儀表引出管等部位列出明細(xì),加強(qiáng)檢查,并將這些部位作為裝置檢查的重點(diǎn),定期檢測(cè);注緩蝕劑,增加分析頻次,定期排凝、排氣,防止設(shè)備管道低點(diǎn)及排空處富集氯離子。
(2)氯離子的活化作用對(duì)不銹鋼氧化膜的建立和破壞均起著重要作用,在拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下引起的低應(yīng)力脆性斷裂。管控原料油中氯含量,根據(jù)腐蝕檢測(cè)和分析結(jié)果,制定腐蝕嚴(yán)重設(shè)備預(yù)知維修計(jì)劃,對(duì)長(zhǎng)周期訂貨設(shè)備做好配件準(zhǔn)備,主要是高壓換熱器和空冷器。
催化裂解裝置反應(yīng)器再生器失效形式為襯里嚴(yán)重脫落,再生器密相襯里脫落,反應(yīng)器襯里嚴(yán)重脫落,提升管8 層人孔處,大塊龜甲網(wǎng)襯里堵在人孔及待生斜管下料口,提升管8 層、提升管第三汽提蒸汽入口處大面積襯里脫落,設(shè)備筒體裸露,第二、第三層環(huán)形擋板間待生立管龜甲網(wǎng)襯里脫落,設(shè)備筒體裸露,沉降器密相北側(cè)及南組旋分器入口處下方設(shè)備筒體大面積龜甲網(wǎng)耐磨襯里與隔熱襯里分離,貼著旋分料腿懸掛在筒體上。
催化裂解裝置1995 年建成投用,兩器襯里沒(méi)有更換,襯里龜甲網(wǎng)、錨固釘老化脫落造成襯里大面積損壞。因再生器沉降器襯里經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后,龜甲網(wǎng)耐磨襯里脫落,隔熱襯里燒結(jié)拆除困難,局部修補(bǔ)效果不佳,襯里大面積更新檢修工期長(zhǎng),在裝置停工檢修的有限時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大面積襯里拆除與更新非常困難,建議兩器整體更新,提前預(yù)制,檢修期間安裝。
2016 年7 月裝置停工檢修,對(duì)液相柴油加氫反應(yīng)器進(jìn)行定期檢驗(yàn),在檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器R101 封頭與筒體環(huán)縫存在橫向裂紋,檢測(cè)結(jié)果裂紋長(zhǎng)度為80mm,深度為90mm,裂紋為穿晶性質(zhì),裂紋在焊縫區(qū),缺陷反射波幅SL=22+dB,止裂于上下兩側(cè)母材。
反應(yīng)器出現(xiàn)裂紋的原因是氫環(huán)境下應(yīng)力的存在和焊接接頭殘余應(yīng)力大等易引發(fā)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂,在補(bǔ)焊后,需進(jìn)行徹底熱處理,對(duì)打磨部分要進(jìn)行鈍化處理。補(bǔ)焊也可導(dǎo)致反應(yīng)器應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生,裂紋一般發(fā)生在第1 次補(bǔ)焊焊縫附近,應(yīng)加以檢查和防范。
(1)開(kāi)停工和運(yùn)行中要嚴(yán)格控制工藝操作條件,嚴(yán)禁超溫或急聚降溫冷卻,嚴(yán)格執(zhí)行升壓和降壓操作程序。
(2)停工時(shí),應(yīng)先降壓后降溫,采取緩慢降溫,以降低反應(yīng)器壁中殘留的氫濃度,達(dá)到脫氫的目的。
(3)定期檢測(cè)堆焊層是否有相變產(chǎn)生,并檢查堆焊層的層下開(kāi)裂和結(jié)合面的剝離缺陷。
(4)檢查反應(yīng)器母材材質(zhì)及其焊縫的劣化狀況,防止回火脆性,斷裂韌性下降和氫致裂紋擴(kuò)展及在溫度較低而應(yīng)力水平較高的情況下發(fā)生的脆性破壞。
按照葉片斷裂的性質(zhì),可以分為短期超載疲勞損壞、長(zhǎng)期疲勞損壞、高溫疲勞損壞、應(yīng)力疲勞損壞、腐蝕疲勞損壞、接觸疲勞損壞等六種。電廠汽輪機(jī)第三級(jí)葉片斷裂是葉片運(yùn)行中承受低于疲勞強(qiáng)度極限而應(yīng)力循環(huán)次數(shù)又遠(yuǎn)高于107 次發(fā)生的一種機(jī)械疲勞及高溫疲勞損壞,是葉片表面缺陷處出現(xiàn)局部應(yīng)力集中而發(fā)生的疲勞損壞。
(1)改善葉片接觸面的緊貼程度,增加接觸面積以防止接觸點(diǎn)接觸的應(yīng)力集中,避開(kāi)高頻激振力共振范圍,如防止低周波、超負(fù)荷運(yùn)行。
(2)選用高溫性能好工作的葉片,提高葉片加工質(zhì)量和改善運(yùn)行條件,防止葉片共振,防止葉片徑向和軸向摩擦等。
(3)改善汽水品質(zhì)、提高葉片材質(zhì)、降低葉片動(dòng)應(yīng)力等,提高葉片材質(zhì)耐腐蝕性能,防止腐蝕和水擊等,降低交變應(yīng)力水平。
(4)主蒸汽參數(shù)應(yīng)符合要求,避免頻繁而較大幅度地波動(dòng),主蒸汽壓力過(guò)高、溫度偏低或水擊以及真空過(guò)高,都會(huì)加劇葉片的超負(fù)荷或水蝕而損壞葉片。
綜上所述,全面分析工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備自身缺陷,對(duì)做好設(shè)備故障預(yù)防起到至關(guān)重要的作用。同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備管理者及操作人員培訓(xùn),提升操作人員對(duì)設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)、用途和性能的認(rèn)識(shí)程度,不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)和總結(jié),積累經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)各裝置的實(shí)際情況,做好設(shè)備的巡檢、定期設(shè)備檢查及定期保養(yǎng)檢修工作,制定合理的設(shè)備故障預(yù)防及維修措施,并對(duì)故障情況建立檔案。加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)測(cè)和檢測(cè),對(duì)易發(fā)生故障部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患,避免故障發(fā)生。