催化裂化裝置堿液線泄漏原因與治理

馬建生 郭本強(qiáng) 徐寧

摘要：大連石化公司140萬噸/年重油催化裂化裝置煙氣脫硫及液化氣精制脫硫所用堿液輸送管線近年多發(fā)泄漏，導(dǎo)致日常生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)受到影響，現(xiàn)場高風(fēng)險搶修作業(yè)頻次較高。本文通過對堿液管線泄漏情況進(jìn)行總結(jié)分析，對因工藝操作條件、介質(zhì)特征及施工質(zhì)量影響等可能導(dǎo)致管線泄漏的方面進(jìn)行探討，并針對性的從工藝及設(shè)備兩個方向提出了對應(yīng)的治理手段。

關(guān)鍵詞：堿液線泄漏;堿脆;治理

0 前言

大連石化公司140萬噸/年重油催化裂化裝置新鮮堿液線為2014年建設(shè)投用，其中部分利舊原汽油線，部分為新設(shè)管線。主要用于液化氣、干氣脫硫精制及煙氣脫硫補(bǔ)充堿液，對裝置產(chǎn)品質(zhì)量及環(huán)境治理有著重要影響。近年運(yùn)行中，該管線頻發(fā)泄漏，導(dǎo)致大量日常高風(fēng)險搶修作業(yè)，一方面日常維修成本居高不下且安全風(fēng)險較高，一方面生產(chǎn)運(yùn)行常因泄漏被迫調(diào)整，對生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，分析該管系泄漏原因并制定實(shí)施相應(yīng)治理措施對整個產(chǎn)品精制和裝置外排煙氣環(huán)保治理系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和降低日常搶修作業(yè)頻次及風(fēng)險意義重大。

1 堿液線運(yùn)行情況

140萬噸催化裝置新鮮堿液線為2014年新建煙氣脫硫配套公用工程部分內(nèi)容，自四催化到三催化管廊部分利舊原汽油線，管廊至新鮮堿罐段（合計共60米，20# DN80）由工程公司施工完成，雙線伴熱。2016年改為直輸送堿至煙氣脫硫。該管線日常輸堿用量0.8t/h，核算流速約0.04m/s。在伴熱投用時伴熱溫度約75-85℃，壓力0.3MPa，輸堿濃度20%-25%。

2 管線泄漏原因分析

通過對泄漏位置觀察，泄漏處均為焊縫區(qū)域細(xì)微裂紋型式，且對漏點(diǎn)部位補(bǔ)焊時出現(xiàn)新的裂紋，判斷為堿脆導(dǎo)致管線焊縫應(yīng)力腐蝕開裂。泄漏情況見圖1.

2.1 發(fā)生堿脆的條件分析

根據(jù)相應(yīng)研究和其他同類問題分析經(jīng)驗，發(fā)生堿脆需具備三要素：即環(huán)境因素、材料因素和應(yīng)力因素。《中國石油大連石化公司防止九種特殊腐蝕類型技術(shù)規(guī)范 QJ/DSH 7306—2011》中關(guān)于防止堿腐蝕和堿應(yīng)力腐蝕開裂的相應(yīng)資料顯示：

1） 碳鋼在金屬溫度小于 46℃時不會出現(xiàn)開裂，在 46-82℃范圍之間，開裂敏感性是堿液濃度的一個函數(shù)。

2） 不銹鋼在金屬溫度小于 79℃時不會出現(xiàn)開裂，在 79-110℃范圍之間，開裂敏感性是堿液濃度的一個函數(shù)。

2.2 堿液線材質(zhì)為堿脆敏感材質(zhì)

就材質(zhì)而言，研究表明含碳量低于0.2%的碳鋼材料容易發(fā)生堿脆，我們使用的20#鋼及對應(yīng)常用焊材，含碳量范圍為0.16～0.2%，屬于堿脆敏感材質(zhì)。

2.3 焊接應(yīng)力的存在是導(dǎo)致堿脆發(fā)生的重要因素

應(yīng)力方面，焊接后存在一定的殘余應(yīng)力，且由于設(shè)計時未考慮堿脆因素，未對管線進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，焊接殘余應(yīng)力較大。在使用過程中設(shè)計的雙伴熱系統(tǒng)最高可將堿液加熱至90℃，管線熱應(yīng)力導(dǎo)致管線焊縫位置受到的拉伸應(yīng)力較大。

2.4 工藝使用控制溫度使堿液線處于堿脆易發(fā)溫度區(qū)間

為避免堿液低溫結(jié)晶，設(shè)計單位為該管線設(shè)計了雙伴熱輔助加熱，導(dǎo)致運(yùn)行期間堿液溫度始終處于50-90℃的堿脆高敏感溫度區(qū)間。

3 結(jié)論與建議

綜合以上分析，堿液線泄漏的主要原因為設(shè)計方及車間對堿脆機(jī)理認(rèn)識不清，導(dǎo)致該管線自設(shè)計到使用過程中，都存在誘發(fā)堿脆的隱患未被消除。堿液線材質(zhì)選用、使用環(huán)境溫度及設(shè)計與施工質(zhì)量管控方面均與堿脆發(fā)生條件相吻合，導(dǎo)致運(yùn)行期間堿液線頻發(fā)泄漏。因此，針對以上原因，提出如下幾點(diǎn)解決措施：

（1）徹底停用伴熱系統(tǒng)：

根據(jù)NaOH溶液使用溫度要求及結(jié)晶溫度梯度，停用伴熱后堿液溫度保持在常溫狀態(tài)，20-25%濃度情況下結(jié)晶溫度在-18～-25℃，完全滿足大連氣溫條件。這樣既能保證堿液供應(yīng)，又能降低管線拉伸應(yīng)力，同時使管線使用環(huán)境脫離堿脆發(fā)生的溫度區(qū)間。相應(yīng)參考數(shù)據(jù)及資料見圖2。

（2）對于運(yùn)行期間的泄漏點(diǎn)處理，直接施焊效果不佳，易產(chǎn)生新的擴(kuò)散裂紋。因裂紋細(xì)微，多為結(jié)晶滲漏形式出現(xiàn)。處理時建議考慮高強(qiáng)度補(bǔ)漏膠加碳纖維纏縛補(bǔ)強(qiáng)形式，治理效果較好。若需焊接補(bǔ)強(qiáng)，建議貼板制作卡具，遠(yuǎn)離原先焊縫部位施焊，避免滋生新的應(yīng)力裂紋，并應(yīng)對焊接區(qū)域管壁預(yù)先測后確認(rèn)。

（3）新建堿液管線應(yīng)充分考慮堿脆影響，從設(shè)計源頭消除堿脆隱患，設(shè)備選材建議優(yōu)先選用常規(guī)使用情況下更耐堿脆的不銹鋼材質(zhì)，溫度控制上盡可能避免使用溫度進(jìn)入堿脆敏感區(qū)間，施工要求里注明必須對焊縫部位消應(yīng)力處置，日常工藝吹掃處置等建議使用氮?dú)獯祾哌M(jìn)而避免蒸汽凝水時產(chǎn)生新的堿脆條件等，多方面綜合考慮，從而避免發(fā)生堿脆的條件出現(xiàn)。

總之，解決堿液線泄漏是一項需要從設(shè)計源頭出發(fā)，解決好設(shè)備選材、使用溫度控制、施工消應(yīng)力管理及日常吹掃處置等多方面問題的系統(tǒng)工程，需要設(shè)計單位、使用單位、施工單位共同努力，才能最終解決堿液線管系泄漏的問題。

參考文獻(xiàn)

1.《防止九種特殊腐蝕類型技術(shù)規(guī)范技術(shù)規(guī)范 QJ/DSH 7306—2011》 中國石油大連石化公司 2011年

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