常減壓蒸餾裝置減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)試壓方案探討

薛姣龍，陳曉勇，梁卓，李建波

（中國(guó)石油天然氣第一建設(shè)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)能源的消耗越來(lái)越大，相應(yīng)的石油化工生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，石油化工行業(yè)對(duì)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展起到舉足輕重的影響[1-5]。由于石油化工生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的技術(shù)十分復(fù)雜，通常在系統(tǒng)內(nèi)的各種介質(zhì)都為易燃、易爆和有毒物質(zhì)[6]。工藝管道擔(dān)任著重要的作用，因此必須對(duì)石油化工工藝管道安裝質(zhì)量進(jìn)行控制[7-8]。而為了保證其安裝質(zhì)量及使用安全，壓力試驗(yàn)是使用前必不可少的一項(xiàng)工作。在常減壓蒸餾裝置中，減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)是極其重要的管系，其安裝質(zhì)量直接影響整個(gè)裝置的安全運(yùn)行和最終的產(chǎn)品質(zhì)量[2]。由于本裝置減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)口徑較大，其管道壓力試驗(yàn)難度較大，因此本文對(duì)減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)的壓力試驗(yàn)方案進(jìn)行探討分析。

1 減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)概況

常減壓裝置減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)可以分為高速段（又稱(chēng)過(guò)渡段）和低速段兩大部分。高速段處于減壓爐出口與低速段之間，管徑小，流速快；低速段則是位于高速段至減壓塔之間，管徑大，流速慢。轉(zhuǎn)油線(xiàn)運(yùn)行條件復(fù)雜，管道直徑大，溫度高，且介質(zhì)為氣液兩相[1]。油氣在管道內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中，壓強(qiáng)下降，部分液相油氣轉(zhuǎn)變成氣相，導(dǎo)致管道運(yùn)行振動(dòng)大。因此，在轉(zhuǎn)油線(xiàn)施工時(shí)，要充分保證管道穩(wěn)定性、安全性。

某1 600 萬(wàn)t·a-1常減壓蒸餾裝置減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)由8 路DN450 的分支兩兩匯合成4 路DN800 的高速段和直徑為DN2000 的低速段組成，模型如圖1 所示。高速段直徑DN500 以下管道采用316L 不銹鋼鋼管，低速段管道采用Q345R 碳鋼和316L 不銹鋼復(fù)合鋼管。其中DN2000 低速段為整體到貨，與減壓塔接口及4 路DN800 分支需現(xiàn)場(chǎng)焊接；高速段需現(xiàn)場(chǎng)焊接施工。轉(zhuǎn)油線(xiàn)基本參數(shù)如表1 所示。

圖1 減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)模型圖

表1 轉(zhuǎn)油線(xiàn)基本參數(shù)表

2 管道試壓方案比選

某些裝置減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)壓力試壓困難，以往工程經(jīng)驗(yàn)根據(jù)《石油化工有毒、可燃介質(zhì)鋼制管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（SH/T 3501—2021）9.1.20 采用100%探傷代替壓力試壓的方案。由于100%探傷僅能保證焊縫無(wú)缺陷，并不能驗(yàn)證焊縫承壓能力，故不考慮用100%探傷代替壓力試驗(yàn)。減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)常規(guī)試壓方案需在減壓塔設(shè)備接管口（如圖1 右端設(shè)備接管口）一端加設(shè)試壓盲板，若采用氣壓試驗(yàn)，一是氣壓試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力1.15 倍，低于水壓試驗(yàn)1.5 倍設(shè)計(jì)壓力，不能充分保證試壓效果；二是水壓試驗(yàn)過(guò)程管道承受水重力作用，受力情況接近實(shí)際運(yùn)行工況；三是設(shè)備接管口盲板尺寸大，氣壓試驗(yàn)危險(xiǎn)性大。綜合上述3 點(diǎn)，故考慮采用水壓試驗(yàn)，水壓試壓難點(diǎn)如下：一是減壓塔設(shè)備接管口盲板為直徑DN2500 的焊接盲板，根據(jù)盲板厚度計(jì)算公式得出盲板厚度大，盲板材料規(guī)格選用困難；二是盲板安裝難度大，難以保證試壓安全；三是減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)低速段管道公稱(chēng)直徑DN2000、管道長(zhǎng)度30 650 mm，采用水壓試壓滿(mǎn)水狀態(tài)下靜載荷需重新論證支撐鋼結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性。

3 管道試壓方案分析

減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)低速段與減壓塔設(shè)備接管口連接形式為焊接，低速段直徑DN2000 管道及其4 個(gè)45°斜接口分支（如圖2）為整體到貨，出廠前已經(jīng)過(guò)水壓試驗(yàn)驗(yàn)證合格，故考慮將試壓盲板安裝于分支接口（如圖2 中N1、N2、N3、N4）處進(jìn)行試壓，安裝現(xiàn)場(chǎng)試壓管段如圖3 所示。

圖2 減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)低速段示意圖

圖3 減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)安裝現(xiàn)場(chǎng)試壓段示意圖

減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)低速段 45°斜接口分支口規(guī)格DN800，壁厚為25+3 mm，材質(zhì)Q345R 碳鋼和316L不銹鋼復(fù)合鋼管，其中碳鋼基層壁厚25 mm，不銹鋼層厚3 mm；與分支口相連接管道規(guī)格DN800，壁厚為12+3 mm，材質(zhì)Q345R 碳鋼和316L 不銹鋼復(fù)合鋼管，其中碳鋼基層壁厚12 mm，不銹鋼層厚3 mm。根據(jù)《石油化工有毒、可燃介質(zhì)鋼制管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（SH/T 3501—2021）[10]及《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》（GB 50235—2010）[11]試壓規(guī)范要求，結(jié)合管道規(guī)格材質(zhì)的特性，減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)內(nèi)層為不銹鋼復(fù)合層，由于此減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)管道焊接前需打磨內(nèi)坡口，根據(jù)圖4 進(jìn)行打磨坡口工序時(shí)，需打磨去除不銹鋼復(fù)合層，此時(shí)會(huì)露出管道碳鋼基層，考慮到施工工序及施工成本，擬定采用碳鋼盲板，將盲板安裝于管道坡口位置。

圖4 減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)分支坡口處理及盲板安裝位置示意圖

因?yàn)閺?fù)合層管道，復(fù)層結(jié)構(gòu)完整、連續(xù)是確保設(shè)備使用壽命的關(guān)鍵。施工時(shí)要充分保證復(fù)合層不被破壞。施工程序?yàn)椋汗艿朗┕r(shí)在打磨出碳鋼基層后，對(duì)管線(xiàn)碳鋼基層12 mm 厚管道進(jìn)行焊接，然后在低速段45°斜接口管道內(nèi)坡口直接焊接試壓盲板，焊接過(guò)程中對(duì)焊接區(qū)域以外部分鋪蓋不燃防護(hù)材料進(jìn)行保護(hù)。試壓完成后拆除保護(hù)性盲板，打磨清理基層時(shí)，仍需鋪蓋不燃防護(hù)材料進(jìn)行保護(hù)，防止飛濺或切割熔渣對(duì)復(fù)合層污染；然后進(jìn)行坡口位置316L 不銹鋼復(fù)合層補(bǔ)焊，補(bǔ)焊時(shí)先采用碳鋼不銹鋼異種鋼焊材進(jìn)行過(guò)渡，保證與碳鋼基層的連接強(qiáng)度，然后再進(jìn)行316L 復(fù)合層焊接，并平滑過(guò)渡（如圖4 所示）。焊接工作完成后，對(duì)附近管道內(nèi)壁區(qū)域進(jìn)行全面檢查，對(duì)復(fù)合層污染部分進(jìn)行修磨，并對(duì)附近管道內(nèi)壁區(qū)域進(jìn)行PT 滲透檢測(cè)，為充分保證安裝質(zhì)量，不銹鋼復(fù)合層補(bǔ)焊后對(duì)焊口再進(jìn)行100%RT 檢測(cè)復(fù)驗(yàn)一次焊接質(zhì)量。

低速段45°斜接口處盲板外徑為760 mm，臨近人孔M 為DN600，故盲板需分割為兩片半圓形板依次進(jìn)入轉(zhuǎn)油線(xiàn)內(nèi)進(jìn)行組焊。盲板厚度按照國(guó)標(biāo)規(guī)范《壓力容器 第3 部分：設(shè)計(jì)》（GB150.3—2011）[9]第5.9.5 加筋圓形平蓋厚度公式計(jì)算：

盲板形式加筋圓形平蓋，筋板數(shù)為4，根據(jù)公式（1）計(jì)算盲板厚度為15.37 mm，取16 mm 厚盲板進(jìn)行安裝，在安裝盲板時(shí)需保護(hù)其他部位316L不銹鋼復(fù)合層不被破壞。

減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)減壓爐出口至低速段45°斜接口分支口盲板處管線(xiàn)無(wú)儀表開(kāi)孔點(diǎn)，故上水位置及測(cè)量壓力表位置也應(yīng)在盲板上開(kāi)孔，從高點(diǎn)注水試壓，最終安裝效果如圖5 所示，上水管為圖5 左下位置管道，排氣管為圖5 左上位置管道。

圖5 減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)分支盲板安裝圖

試壓前對(duì)所有參與試壓作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。試壓相關(guān)準(zhǔn)備工作完成及就位后，辦理試壓許可作業(yè)票后，方可進(jìn)行試壓。試壓過(guò)程采用合格除鹽水進(jìn)行充水試壓，試壓用壓力表經(jīng)檢定合格且處在有效期內(nèi)，其精度不得低于1.6 級(jí)，表的滿(mǎn)刻度值應(yīng)為試驗(yàn)壓力的1.5～2 倍。系統(tǒng)準(zhǔn)備完成后，打開(kāi)試壓泵出口閥門(mén)，后啟動(dòng)試壓泵。試壓泵需專(zhuān)人操作，且應(yīng)在泵旁設(shè)置醒目的操作流程介紹牌，試壓區(qū)域設(shè)置試壓告知牌及警戒線(xiàn)；由專(zhuān)職安全監(jiān)督人員負(fù)責(zé)監(jiān)督，無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入。試壓系統(tǒng)充滿(mǎn)水后，關(guān)閉各放空閥門(mén)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升壓，試驗(yàn)壓力以最高點(diǎn)壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，但最低點(diǎn)的壓力不得超過(guò)管道組成件及閥門(mén)的承壓能力。升壓過(guò)程分級(jí)緩慢進(jìn)行，升至試驗(yàn)壓力后，進(jìn)行聯(lián)合檢查，檢查人員檢查焊縫等連接處的泄漏狀況時(shí)，應(yīng)佩戴防護(hù)眼鏡或者面罩，嚴(yán)禁沒(méi)有任何防護(hù)措施直接接近各種連接口，嚴(yán)禁盲板、法蘭蓋的前方站人。停壓10 min 且無(wú)異常現(xiàn)象，然后降壓至設(shè)計(jì)壓力，停壓30 min。壓力升到試驗(yàn)壓力后，聯(lián)合相關(guān)方人員對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行全面檢查，經(jīng)檢查減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)試壓管道不降壓、無(wú)泄漏、無(wú)變形；在設(shè)計(jì)壓力下停壓30 min，管道不降壓、無(wú)泄漏、無(wú)變形，最終檢驗(yàn)結(jié)果合格。

4 結(jié) 論

根據(jù)以上對(duì)1 600 萬(wàn)t·a-1常減壓蒸餾裝置減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)的結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)大口徑減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，采用焊接內(nèi)盲板型式將盲板設(shè)在低速段分支處，出廠前已經(jīng)過(guò)水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)合格的管段可不進(jìn)行水壓試壓，考慮施工合理性、經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)保證復(fù)合層的完整性，還能有效驗(yàn)證施工質(zhì)量，提出在復(fù)合鋼管碳鋼基層焊接盲板進(jìn)行水壓試驗(yàn)方案，并成功進(jìn)行減壓轉(zhuǎn)油線(xiàn)水壓試驗(yàn)，充分驗(yàn)證了管道安裝質(zhì)量，為管道后期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，也為轉(zhuǎn)油線(xiàn)水壓試驗(yàn)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為今后的相關(guān)工作開(kāi)展提供技術(shù)參考。