减压塔出口膨胀节泄漏失效分析及修复

刘俊武

（中国石油股份有限公司大连石化分公司)

减压塔出口膨胀节泄漏失效分析及修复

刘俊武*

（中国石油股份有限公司大连石化分公司)

对某石化公司二蒸馏装置减压塔馏出口管线上的Ø1100 mm膨胀节在蒸汽吹扫时的泄漏失效进行了分析。结果表明,由氯离子引起的应力腐蚀以及电化学腐蚀的共同作用是导致膨胀节泄漏的根本原因。另外，膨胀节不锈钢材料与碳钢之间的电位差加速了电化学腐蚀的速度。修复后跟踪观察表明，对整个焊口使用 “贝尔佐纳”技术屏蔽隔离以避免氯离子的结聚是解决膨胀节泄漏的有效方法。

膨胀节 应力腐蚀 电化学腐蚀 贝尔佐纳技术 减压塔 泄漏

0 概况

石油化工装置中膨胀节的正常工作是保障系统安全运行的一个重要环节。但由于装置系统温度的变化，物料中氧化物、硫化物及次生的酸性腐蚀物质的存在，膨胀节经常发生泄漏失效[1-7]，严重影响装置的长周期安稳运行。

2001年，某石化公司二蒸馏装置扩建改造至450万t/a时，在减压塔出口管线设计安装了一个Ø1100 mm膨胀节，其位置如图1所示。膨胀节材质0Cr18Ni，管线材质20钢，焊接连接。工艺温度65℃，压力-0.095 MPa。工艺条件比较缓和。

但在使用约2年后发现，膨胀节左下角和右上角变形严重，已经看不到波谷，如图2、图3所示。经检测，变形幅度大于120 mm，但由于膨胀节未泄漏，因此运行时未做进一步处理。2005年7月装置停工检修期间，在用水蒸气扫线时该膨胀节出现泄漏事故。当时分析认为，膨胀节变形及泄漏是空中管系受力引起的。于是，对该膨胀节进行了如下修复：按原样更换新膨胀节，并将膨胀节直管段截掉100 mm。安装完毕后，为了防止波纹管工作时受压缩，将端板内侧4个涂黄色油漆标记的螺母向内退5 mm，并将螺母与拉杆点焊牢固。安装后膨胀节形貌如图4、图5所示。

2005年8月开工后，对更新的膨胀节进行了跟踪观察一年，发现膨胀节运行良好，不存在变形及泄漏。但是，在2007年8月的一次检修停工吹扫过程中，该膨胀节又在不锈钢 （0Gr18Ni9）与20碳钢环焊缝处发生了泄漏事故。两次停工吹扫时膨胀节泄漏事故使技术人员意识到，膨胀节泄漏并不是因管系受力引起的。本文对泄漏原因进行了分析，以防类似事故再次发生。

图1 膨胀节在管系中的位置

图2 旧膨胀节左下角

图3 旧膨胀节右上角

图4 新膨胀节安装后全貌

图5 新膨胀节安装后局部

1 膨胀节泄漏原因分析及修复

2007年8月检修期间，对泄漏失效的膨胀节进行了拆卸，图6为膨胀节拆下后，将内部环形护板气焊割掉后，露出的不锈钢膨胀节与碳钢焊口腐蚀泄漏的情况。

图6 膨胀节内不锈钢与碳钢焊口情况

现场观察发现，不锈钢与碳钢焊口处腐蚀严重。对腐蚀原因进行了分析，认为有以下几方面原因：

（1）停工吹扫使用的水蒸气与塔器内原有的含氯介质残留物结合后，形成了一定量的氯离子。随着温度的变化，蒸汽凝结为水，水与氯离子结合形成了酸性腐蚀介质，并且膨胀节焊接热影响区存在焊接残余应力，满足了应力腐蚀开裂的条件，导致了裂纹的产生。

（2）膨胀节不锈钢与碳钢存在着一定的电位差，在氯离子的环境下以及较高的蒸汽温度条件下，电化学腐蚀的速度得到了加速，从而导致了泄漏。

针对这种情况，采取了如下的修复措施：先打磨泄漏部位，将整个环形焊道磨平，然后对整个焊口使用 “贝尔佐纳”技术屏蔽隔离，使焊口无法接触氯离子，消除应力腐蚀和电化学腐蚀产生的条件，如图7所示。

图7 膨胀节环形焊口修复后使用“贝尔佐纳”技术屏蔽隔离

从图7可以看到，两道环形焊口修复后，在焊口两边各扩展30 mm，整个环形保护带宽60 mm，保护带厚度为2～3 mm。保护带最高可承受温度200℃，完全满足使用条件，也满足停工吹扫时的蒸汽使用温度条件。

一个完整的膨胀节两端各有一段不锈钢短节，故需要修复四条环形焊口。四道焊口修复后，还需将内部环形保护板重新焊接复原。需要注意，在焊接内部环形保护板环形焊口时，下边必须使用 “环形保护接托”，如图7所示，目的是防止焊接电弧和高温热渣伤及下面的 “环形保护带”。一旦 “环形保护带”被灼伤， “贝尔佐纳”技术屏蔽隔离的效果即失效。

2007年8月对该处膨胀节修复后投用，效果很好。2010年停工检修，如往年一样使用蒸汽吹扫该管线及膨胀节，没有再发生泄漏事故。此次膨胀节泄漏修复，既查明了失效原因，又积累了维修经验，同时为企业节省了膨胀节更新资金20多万元/台。

2 结论

对二蒸馏减压塔出口膨胀节吹扫过程泄漏原因进行了分析，并采取了适当的修复措施，主要结论如下：

（1）二蒸馏减压塔出口膨胀节在蒸汽吹扫过程中泄漏的原因是应力腐蚀与电化学腐蚀的共同作用。

（2）对整个焊口使用 “贝尔佐纳”技术屏蔽隔离以避免氯离子的结聚是解决膨胀节泄漏的有效方法。

（3）对于设备出现的问题，要分析其产生的根源，找到合适的技术手段从根本上加以解决，避免设备不必要的更新。

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Failure Analysis and Repair of Expansion Joint in Outlet Pipe of Vacuum Tower

Liu Junwu

The failure analysis on the leaked Ø1100 expansion joint placing in outlet pipe of vacuum tower in a second distillation plant was investigated.The results indicated that,the combination effects of stress corrosion resulting from chlorine ions and electrochemical corrosion caused the leakage of the expansion joint.Moreover,certain potential difference between stainless steel of expansion joint and carbon steel accelerated the rate of electrochemical corrosion.The tracking observation after repair showed that using Belzona technology to prevent the welding line from chlorine ions was available method to solve the leakage problem of expansion joint.

Expansion joint;Stress corrosion;Electrochemical corrosion;Belzona technology;Vacuum tower;Leakage

TQ 050.7

*刘俊武，男，1964年生，高级工程师。大连市，116011。

2012-03-30）