提高压力管道安装质量确保石化装置安全运行

2012-04-13张文彬

石油化工建设 2012年5期

关键词：吊架焊缝管道

张文彬

中国石油工程建设公司华东设计分公司山东青岛 266071

提高压力管道安装质量确保石化装置安全运行

张文彬

中国石油工程建设公司华东设计分公司山东青岛 266071

安装质量直接影响着压力管道的运行安全，从而最终影响石油化工装置的安全运行。以压力管道施工、验收规范和法规为依据，结合诸多施工现场实际,讲述了压力管道施工安装等诸多环节、因素对压力管道和装置安全运行的影响。

压力管道安装质量石化装置安全运行

压力管道普遍存在和应用于石油化工、电力等领域，担负着输送易燃、易爆、高温、有毒等介质的重要任务，在生产中占有重要地位，一旦发生泄漏或断裂将直接影响并有可能引起爆炸、燃烧、中毒等重大事故。目前，国内几十家炼厂几乎每年都有或大或小的泄漏、着火或其它安全事故的发生，而我们在考虑事故原因时往往想到设计或者是否安全操作，却很少重视管道施工安装这一重要环节。因而，如何提高压力管道安装质量、确保石油化工装置的安全运行，是石化单位以及安装施工单位高度重视和重点解决的问题。本文抛砖引玉，总结了现场施工常见的各方面问题，并就如何提高压力管道安装质量给出几点建议，为以后的设计以及施工提供参考。

1 管件质量是优良安装质量的基础

首先，管道材料的选用是根据管道的设计温度、设计压力、介质条件、经济性、腐蚀性、材料的加工和焊接性能等因素确定的，反应系统工艺管道一般由于高温、高压、氢气和硫化物共存，环境十分苛刻，其腐蚀主要是氢腐蚀、高温硫化氢腐蚀和装置停工期间的连多硫酸应力腐蚀。

（1）高温高压条件下扩散侵入钢中的氢与钢中不稳定的碳化物或固溶碳起化学反应生成甲烷，引起钢材的内部脱碳，甲烷聚集在晶界极其附近的空隙，随着管道压力不断升高，形成细小裂纹和鼓泡，刚才的韧性和延性显著下降，随之变成较大的缝隙和裂纹，产生氢腐蚀。管道材料处于氢腐蚀环境下，一般采用纳尔逊（Nelson）曲线进行选材。例如对催化重整装置中设计温度不超过540℃、氢分压1.25MPa的工艺管道，按Nelson曲线可选用1.25Cr－0.5Mo合金管，而不必选用5.0Cr－0.5Mo合金钢管。

（2）高温硫化氢腐蚀是管道材料在高温下与含硫介质作用，生成性质不稳定、容积比较大、膜易剥离、熔点和沸点低的硫化物。管道材料处于高温硫化氢环境下，含铬钢是有效的，一般采用Couper曲线进行选材，管道材料使用12%铬以上的铬钼钢。

（3）工艺管道在高温、高压、缺氧、缺水的干燥条件下运行不会形成连多硫酸，但当装置运行期间受到硫的腐蚀、在管道内表面生成硫化物，装置停工期间有氧气和水进入时，与硫化物反应则会生成连多硫酸（H2SxO6）。为避免奥氏体不锈钢发生连多硫酸应力腐蚀开裂，管道材料一般使用含有稳定化元素的不锈钢如TP321和TP347等。

其次，管道组件的检验虽不是压力管道安装的直接内容，但却是优良安装质量的前提和基础，对确保压力管道的安装质量至关重要。管道安装单位必须按照国家现行标准进行外观检查，不合格者不得使用。对管子及管件进行检验的另一重要内容为合金钢管的材质鉴定，不同材质的钢管其最高使用温度有明显区别，一旦用错钢管有可能引起管道系统失效。

2 压力管道安装的环节

压力管道安装包括管道加工、管道焊接、管道安装、管道检验与试验、管道涂漆、管道绝热和工程交接验收等诸多环节。任何一个环节不符合国家和石化行业现行标准或法规，都将有可能导致压力管道在使用过程中出现问题，引起事故。

3 焊接是影响压力管道安装质量的最重要因素

压力管道安装最显著的特点是现场焊接工作量大，因而确保压力管道焊接质量任务艰巨。

压力管道的焊接质量影响因素包括焊接工艺、焊接材料选择、焊工水平及责任心、焊前预热和焊后处理、焊缝检验与无损检测等诸方面。任何一个环节不符合要求都会使得压力管道焊接质量出现问题。因而，对压力管道安装单位来说，要确保焊接质量必须做好焊接全过程的质量控制和监督工作。焊接缺陷主要有：

（1）未按要求进行热处理，热处理不当使得焊接接头残余应力过高、焊缝及热影响区组织差、产生焊接裂纹等；

（2）焊缝表面质量不合格，焊缝尺寸不符合要求，出现咬边、表面裂纹、飞溅等；

（3）焊缝内部质量不合格，焊缝内部产生气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等。

裂纹缺陷是不允许保留的，但气孔、夹渣、未焊透、未熔合等焊接缺陷一般可以保留，只不过对它们的缺陷大小有严格的限制。

压力管道焊缝中最常见的焊接缺陷是未焊透。未焊透及咬边破坏了焊接接头的连续性，减小了结构承载横截面的有效面积，并且在其周围产生了应力集中。当缺陷超标时会降低焊缝的强度，危及安全。例如某石化公司乙烯装置开工锅炉出口高压蒸汽管道的最高操作压力为12.8Pa、最高操作温度为515℃，1996年8月投入运行仅2年就因大小头对接焊缝泄露停车抢修，损失数亿元。1999年初，该厂在大修期间对该高压蒸汽管道进行全面检验与检测，发现该高压蒸汽管道有近百处焊缝存在超标缺陷，缺陷类型基本上为根部未焊透。而对于中低压管道，由于焊接要求较高温高压管道低，安装单位重视程度也不够，未焊透缺陷现象有时更加严重。

4 支吊架制作和安装质量对管道安全和装置运行有直接影响

装置吹扫、打压试验、开工和运行时，高温压力管道系统的膨胀和位移量较大，因而支吊架的安装质量往往会威胁到压力管道系统乃至整个装置的安全。管道支吊架的基本作用在于承受管道的自重、外载以及调整和改善管系的应力分布状态，避免产生过量挠度和荷载的过量转移，保证管系和装置的安全运行。

提高管道支吊架安装质量、克服制作缺陷，施工和制作过程中必须注意以下几个问题：

（1）根据支吊架结构形式和管道荷载需要合理选择型钢进行备料；

（2）确定符合施工图要求和现场管道排列所需要的支吊架结构形式；

（3）支吊架制作时，下料要准确，保证支吊架的拼接平直，下料、钻孔时均不得用焊割、气烧，每个支吊架的尺寸要准确，外形规矩；

（4）支吊架拼缝连接时，焊缝的宽度除设计注明外，均不得小于4mm，应全长焊满；

（5）支吊架制作完成后，必须做好清楚其表面的灰尘、污垢、锈斑和焊渣等工作后，再对其进行防锈漆一遍和面漆两遍的防腐处理工作。涂刷面漆时应厚度均匀，不得出现脱皮、起泡、起皱、针孔、流淌和漏刷的现象。

5 施工现场中设备和材料的代用原则

施工现场中坚持按施工图施工，原则上不应代用，但由于现场物资供应情况的需要，有些设备和材料的代用是不可避免的。为满足施工要求和保证施工进度，应以施工图为依据，可按原设计的相当标准进行设备和材料的代用。应优先利用性能相近的库存积压设备和材料，清仓利库，以节约工程投资，但不得以报废、淘汰、无法确定性能指标、无产品合格证和质量证明书的设备和材料作为代用设备和材料。必要时，应进行复验，符合国家、部委等颁布的有关设计、施工和验收的规范和标准方可代用。