加氢改质装置高压临氢管道裂纹的处理

张 玺

(中国石油哈尔滨石化分公司，黑龙江省哈尔滨市 150056)

加氢改质装置高压临氢管道裂纹的处理

张 玺

(中国石油哈尔滨石化分公司，黑龙江省哈尔滨市 150056)

中国石油哈尔滨石化分公司加氢改质装置在使用过程中，发现该装置的高压临氢管道上的热偶接管和主管道连接角焊缝发生泄漏，随即停工进行排查，停工排查期间又发现反应器入口管线热电偶接管和主管道连接角焊缝发生泄漏。该公司立即制定了更换失效部位主管段的抢修方案，在抢修过程中选用适宜的保护措施、切割方法、焊接工艺以及热处理过程。通过更换母材，排查类似焊道等措施，消除了隐患，恢复生产。

高压临氢管道 焊口开裂 不锈钢焊接

为了提高柴油产品质量，改善产品结构，中国石油哈尔滨石化分公司(以下简称哈尔滨石化分公司)“十一五”期间建设一套由反应、分馏和公用工程三部分组成的0.8 Mt/a中压加氢改质装置。本装置采用双剂串联尾油全循环的中压加氢改质工艺。反应部分采用炉前混氢、冷高分方案，分馏部分采用脱丁烷塔和常压塔出轻、重柴油方案。加氢改质装置以催化柴油和常减压蜡油为原料，主要产品是轻柴油、重柴油、轻重石脑油、粗液化气和燃料气。

1 失效故障的发生

2011年9月发现该装置的反应炉出口线上的热电偶接管和主管道连接角焊缝发生泄漏。该管道及热电偶接管材质为TP321，规格分别为φ273.05 mm ×28.58 mm、φ48.26 mm ×7.14 mm，管道内介质为混氢油，设计压力13 MPa，操作压力9.5～10.5 MPa，工作温度低于400℃，泄漏点见图1。发现漏点后车间立即对加氢高压临氢系统进行排查，将管线上带有接管的部位的保温层全部拆除，检查所有接管焊道。经过检查，又发现反应器入口线热电偶接管和主管道连接角焊缝发生泄漏，管道及热电偶接管规格分别为φ323.85 mm ×33.32 mm、φ48.26 mm ×7.14 mm，材质同样为TP321。

2 失效故障的处理

2.1 停工抢修

图1 炉出口焊缝泄漏Fig.1 Leakage of the welding seam in furnace outlet

为确保安全生产，车间决定立即停工抢修，制定抢修方案。发生故障的部位位于加氢装置反应单元，该反应单元流程为典型的炉前混氢、冷高分方案。原料油经反应进料泵(P-2102)抽出升压，与循环氢混合，再与反应产物换热(E-2101/AC)，经反应进料加热炉(F-2101)加热至反应温度后进入加氢精制反应器(R-2101)。在车间技术人员的指挥下熄灭反应炉，切断进料。将加氢反应系统降温降压，用高压氮气置换反应系统中的氢气。测氧测爆合格后，切断失效管段的流程，将反应加热炉出口和反应器入口分别打开，加盲板与系统隔离。

2.2 切割故障管段

哈尔滨石化分公司决定将发生失效故障的两段主管进行切割更换。为避免发生连多硫酸应力腐蚀开裂，在反应系统和被隔离管段分别引入氮气保护设备，保证微正压。由于加氢装置的设备与管线在硫化氢与氢气的环境下具有还原性，这会导致硫化亚铁的垢物成为主要产物。一旦奥氏体材料被激活就会发生开裂。TP321不锈钢材料(特别是在焊接的热影响区)长期高温下运行或冷加工变形过大等条件下容易受到敏化，所以在抢修过程中要避免设备接触空气和水。

在切割奥氏体不锈钢时，施工单位选用等离子切割机进行切割作业，切割效果见图2。等离子切割速度快，速度可达普通气焊的5～6倍，并且切割面光洁，热变形小，几乎没有热影响区。为了保证抢修进度和质量，切割作业人员必须经验丰富、技能熟练。切割时务必选用合适的空载电压和弧柱电压，合适的电流及工作气体流量。在保证质量的前提下应尽可能提高速度，这不仅可以提高生产率，而且能减少被切割部位的变形量和热影响区，否则会使黏渣增加，切割质量下降。

图2 故障管段切割效果Fig.2 Sketch map of the disabled pipe

2.3 更换新管段

为了将管材焊透和焊条能直接触及焊缝根部，从而保证焊缝的完全融合，必须将管材进行预制。加氢高压、高温系统管道管壁较厚，普通气割、砂轮机加工难度大，精度差、效率低，无法满足工程的需要，尤其不能满足焊接、组对以及焊缝质量的要求。所以，新购进的母材管段在坡口加工车床上进行预制和钻孔，预制后的管件见图3。主管段坡口型式采用V型坡口，将现场切割后的母材坡口严格打磨后，现场测量长度，确定新管段的尺寸。将所有坡口进行探伤检测，确认质量后清洗干净。

图3 预制后的管件Fig.3 The prefabricated pipe

选择与母材成分相近的焊材，焊丝为TGF308L，焊条为A132。支管承插焊接选择手工电弧焊，主管段选择氩电联焊，填充焊采取多层多道焊的焊接工艺。在保证焊透及熔合良好的条件下，采用小线能量，焊接时保持适当的焊接速度，并控制熔池温度不要过高。施焊时确保起弧和收弧处的质量，起弧时应保证母材熔透，收弧时应将弧坑填满。多层焊间的接头应相互错开并注意层间清理。采用短电弧、窄焊道、不摆动或小摆动的操作方法，尽量保持电弧电压的稳定，熔敷金属宽度不得超过焊条直径的三倍。严格控制层间温度，不得高于100℃。现场焊接作业需要采取具有针对性的措施，增加焊缝层间检验程序，保证厚壁管道检验和返修达到检验要求。主管段组对、打底焊后，做一遍渗透检验，填充焊接一遍时，进行100%射线检验，合格后进行下一道焊接。后面每层焊接后都要进行渗透检测。焊接完成、表面处理合格并经热处理后再进行渗透。

2.4 焊缝的热处理

由于焊接引起的温度不均匀分布，焊接金属热胀冷缩，所以伴随焊接施工必然产生残余应力［1］。为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力都需要对焊缝进行热处理。加氢装置由于高温和临氢腐蚀的特点，选用的管线材质一般为TP321等，有稳定化热处理的工艺要求，因此制订具有针对性的成熟的焊接及热处理工艺是保证焊缝质量的前提和基础。

热处理过程的升温速度不限，恒定温度为(900±10)℃，壁厚≤25 mm的管材需保温2 h;保温时间随管道壁厚的增加而增加，增加数量为4.7 min/mm;恒温结束后，即刻进行空气冷却。

3 结束语

中压加氢改质装置高温高压管道经过精心的焊前准备、严格的施工过程管理、合理的焊接工艺和焊后热处理，以及现场管道预制口、安装口的合理安排，管道安装质量非常理想，圆满完成了焊接施工任务，为以后同类材质的施工积累了宝贵经验。

［1］田锡唐.焊接结构［M］.北京:机械工业出版社，1991:63-65

Treatment of Cracks in HP Hydrogen Pipeline in Hydro－upgrading Unit

Zhang Xi
(PetroChina Harbin Petrochemical Company，Harbin，Heilongjiang 150056)

In the operation of hydro－upgrading unit in PetroChina Harbin Petrochemical Company，the angle weld between thermal couple and main line of HP hydrogen pipeline of the unit leaked，and the unit had to be shutdown for inspection and maintenance.In the inspection during the unit shutdown，another leak was found on the angle weld in the connection of thermal couple and main pipeline of reactor inlet line.The failed main pipeline was replaced.Appropriate protection measures，cutting methods，welding process and heat treatment were adopted in the maintenance.The effective maintenance and replacement of base materials，etc have eliminated the safety hazards and the unit is restored to normal operation successfully.

HP hydrogen pipeline，weld cracks，stainless steel welds

TE986

B

1007－015X(2012)03－0028－03

2012－01－ 03;修改稿收到日期:2012－04－12。

张玺，(1981－)，2004年毕业于黑龙江大学化学专业。现任哈尔滨石化联合装置车间设备技术员。

(编辑 张向阳)