加氢装置高压换热器Ω型密封环的维修及腐蚀原因分析

　　静设备加氢装置高压换热器n型密封环的维修及腐蚀原因分析冷生（上海高桥石化工程建设有限公司，上海200137）的原因，并提出了高压换热器修复后再开工应注意的问题。

　　中国石化股份有限公司高桥分公司炼油事业部1000kt/a汽、柴油加氢精制装置的高压换热器E601A等采用fl型密封环（简称n环）。该装置于1998年6月15日开车正常，到2000年5月进行次停工检修。为了解n环的使用情况，对E601A换热器进行了n环切割、抽芯检查及n环复位后焊接。在随后开工过程中，发现E601A封头管箱与固定管板间下部的环有一穿透性裂纹，长3mm左右，位于0环中间对接焊缝的热影响区。由于裂纹泄漏量不大，没有停工修理，在泄漏处用低压蒸汽吹扫保护。在装置运行近两年中，未发现裂纹扩展。2002年5月进行第二次停工检修，对已泄漏的E601AO环进行更新。

　　1E601Afl型密封环结构E601A为反应流出物和反应混合进料换热器，其在反应系统中的位置如所示。

　　原料油E602反应系统部分流程示意E601A管、壳程密封采用n环结构如所示。此类密封所需螺栓预紧力小，螺栓主要承受内压引起的轴向力，密封则由焊接而成的n环来承受，因而螺栓直径大大缩小，其优点是结构简程设计与操作工艺参数见表1.n环的材质为lCrl8Ni9Ti，按JB4728―1994《压力容器用不锈钢锻件》DI级整体锻制后加工而成，并对加工后的n环按照JB 4730―1994《压力容器无损检测》进行射线和超声波检测，分别为n级和I级合格。

　　公司副总工程师，负责公司的技术质量管理工作，工程师。

　　n环弯管厚度为3mm.表1 E601A换热器的设计与操作工艺参数项目工作H力/MPa设计压力/MPa工作温度/设计温度/C介质管程反应流出物壳体混合进料表3拉伸试验结果拉伸拉伸截面破断极限强度拉伸结果试样编号尺寸/mm载荷/kN合格2修理技术准备及过程2.1焊接工艺评定不锈钢氩弧焊时背面必须用氩气保护，但该处难以实现，故采用药芯焊丝施焊。事前进行了焊接工艺评定试验，其指导书要点如下：焊接方法钨极氩弧焊；坡口形式坡口形式如所示；焊接材料采用天津三英焊业公司生产的多2.4mmSQA308-T药芯焊丝，相当于（美）AWSA5.焊接参数焊前采用化学或机械方法清理坡口。施焊时，尽量减小焊接线能量，并严格控制焊接层间温度小于150'C.焊接参数见表2.表2焊接参数焊接设备电源极性焊接层次焊材直径/mm焊接电流/A电弧电压/V直流正接打底层直流正接盖面层（6）焊接工艺评定试验根据JB 4708―2000《钢制压力容器焊接工艺评定》的要求，对接焊缝试件进行了如下试验：焊接接头表面没有裂纹、未焊透和未熔合。

　　对接焊缝经100射线探伤，按照JB 4730―1994标准要求，全部级合格。

　　力学性能试验包括拉伸试验和弯曲试验。试验结果分别如表3和表4所示。

　　表4弯曲试验结果弯曲试样编号弯心直径/mm弯曲角度八°）弯曲结果面弯180无裂纹，合格面弯180无裂纹，合格背弯180无裂纹，合格背弯180无裂纹，合格焊接工艺评定试验结果：合格。

　　O环的拆卸在高压换热器的主螺栓结构中，有4根检修用螺栓，该螺栓为全通丝，穿过三个螺栓孔（即管箱法兰螺栓孔、壳体法兰螺栓孔和管板上支耳螺栓孔），除作为主螺栓使用外，还可以作为D环切割时的保护连接螺栓用，即在设备管箱封头拆卸时保护环不受到剪切破坏，而且使环切割过程中受力均匀、割道齐直。具体方法是：为了卸下管箱，将其余主螺栓卸掉，4根全通丝螺栓保留不卸，即维持管箱法兰仍与管板连接。使用锯条手动切割或薄砂轮片机自动切割法，先将卸去的主螺栓下方的n环沿对接焊缝切开，然后在每根全通丝螺栓两边各穿上二根主螺栓，替换下4根全通丝螺栓，切割该螺栓下方的环遗留部分，从而完成整个管箱侧0环的切割工作，卸下管箱。

　　环的安装和角焊缝的焊接高压换热器为u形管式，管程和壳程均为n环密封结构。每对n环密封垫圈的焊接有2处：管箱侧：（i）n环与管箱法兰；（2）n环与管箱侧管板。

　　焊层TP321与lCrl8Ni9Ti之间的焊接，（2）处焊接为lCrl8Ni9Ti之间的焊接，焊条均可使用A132，二者形式均为角焊缝结构。为了防止Q环产生变形，焊接时特别是打底焊，必须采用小直径焊条、小电流、分段倒退对称跳焊法，并至少焊两层，每层焊完均要求进行渗透探伤，确认无任何缺陷为合格。

　　环对接焊缝的焊接一对半D环相互对接好以后用4个或8个螺栓定位。此条对接焊缝的错边量要求小于或等于0.5mm.对接时开70°V形坡口，间隙控制在lmm左右，分二层焊接，层用氩弧焊，采用药芯焊丝施焊。焊接工艺参照评定合格的焊接工艺评定报告严格执行。第二层也用氩弧焊，工艺同层，焊接余高控制在1.5mm左右。每焊接完一层，均应进行PT探伤，无缺陷为合格。另外，整个环焊缝的焊接应采用小电流、分段倒退对称跳焊法，以避免造成0环焊接变形或错边，从而影响以后的密封质量。

　　S1环修理后螺栓恢复上紧待D环焊接完毕并探伤合格后再将全部螺栓上紧。上紧时，按对称位置一次上紧。为保证既上紧螺栓又防止螺栓过载，应使用能控制预紧力的专用工具，例如液压扳手等。

　　2.6E601A换热器n环的修理结果2002年6月检修结束后对反应系统（包括E601A）进行氮气保护，在9月开工过程中，E601A更新的fl环下部（2000年修理后泄漏部位附近）又发现穿透性裂纹泄漏。由于泄漏量较大，装置被迫停工处理，决定再次更新Q环，并对裂纹进行失效分析。

　　3E601AQ环修理后失效分析及应对措施3.1￡1环外观检测在已泄漏的环上，沿中间对接焊缝（中焊缝C）中心位置周向划线，划线时应尽量使所划圆周平面垂直于D环轴线，用2mm高速磨光机片沿所划圆周线切开D环，然后分别磨去环内侧与管箱法兰、管板间角焊缝（中焊缝A、B），取下管箱法兰与管板侧各半个n环。对取下的两个n半环内表面进行lPT检测，在换热器底部的n环弯管上发现大量裂纹。换热器管箱侧n半环上裂纹较多，分布在换热器正下方两侧400mm范围内；换热器管板侧n半环上裂纹较少，主要在正下方两侧lOOnam区域内。在PT检测中，从显影剂着色到裂纹显示，时间很短，而且裂纹显示后，很快变得模糊，说明n环内表面裂纹已经有一定深度。

　　3.2连多硫酸应力腐蚀根据检测结果和现场环境及工况条件，并国内外有关标准和论文，认为，上述裂纹是连多硫酸应力腐蚀所致。连多硫酸与构件中存在的拉应力共同作用导致的开裂现象，称为连多硫酸应力腐蚀。连多硫酸应力腐蚀是检修过程中常见的腐蚀形态。E601AQ环处在开工过程中，具备生成连多硫酸的条件。反应器中催化剂是硫化态（在催化剂表面形成金属硫化物），另在催化剂床层中吸附着在开工中形成的硫化物，催化剂中吸附水分，停工期间在氮气保护的状况下，由于反应器R601催化剂床层中的温度恒定在110'C左右。

　　在开工过程中，随着循环氢压缩机K602开启，气体在反应系统中循环，系统压力越大，循环量越大。随气体循环流出反应器的硫化物，在遇到低于其露点温度的工况时，会发生露点积液，在不锈钢表面发生连多硫酸应力腐蚀。

　　4再次修理和开工时采取的特殊措施4.1再次修理情况行修理。修理的施工顺序和方法同上次没有很大区别，只是为了配合失效分析增加了旧的0环的检测和取样工序。在拆除旧的0环后，按原施工方案安装了新的n环，焊后经检测符合质量要求。装置重新开工后，一直运行正常。

　　4.2开工时采取的特殊措施为了有效地防止加氢反应器回火脆性及氢脆损伤，应采用热态开、停工方案，即开工时先升温后升压，停工时先降压后降温。

　　前，对E601A、B、C管程和D602及E602壳程系统进行碱洗；在E601AQ环更新后对E601A管程系统再进行碱洗，使E601A中新换的D环内表面形成碱膜，在开工中防止n环内表面发生硫化物应力腐蚀。

　　5mmX1mm的槽，该槽主要是起到使Q环中压力和换热器内部的压力平衡的作用，在原E601A中，该槽被放置在换热器的下部。在停工或开工过程中形成的连多硫酸一般在换热器的下部较易集结，连多硫酸通过换热器的下部的n环基板槽进人0环腔，使fl环受到连多硫酸的腐蚀。本次开工中，n环基板槽安放于换热器中部的水平位置，减少或阻止连多硫酸腐蚀进人n环腔，有效地防止连多硫酸引起不锈钢应力腐蚀。