加氢反应器主法兰泄漏原因分析及处理

王成勇

一、简介

公司重整装置K201预加氢第一反应器，在连续运行两年半后，设备顶部进料法兰出现泄漏，且泄漏量逐渐增大。K201预加氢第一反应器（三类容器）规格，内径1200mm，壁厚17mm，高10360mm，容积10.25m3。反应器操作压力2.45MPa，工作压力2.23MPa，设计温度385℃，工作温度370℃，工作介质是加氢油（成分主要是C6～C9），腐蚀裕度2mm/a。主要构件材料见表1。

表1 K201预加氢第1反应器材料表

二、进料法兰泄漏情况

1.法兰泄漏情况

泄漏处为设备顶部进料法兰，材料0Cr13，标准SH/T 3406-1996，带颈对焊法兰PN5.0 DN400，密封形式为椭圆形金属环垫密封，金属环垫的材料0Cr13，标准为SH3403-96，紧固螺栓采用M33×260mm规格，材料35CrMoA/35CrMo的螺栓。

图1是反应器进料法兰照片。由于椭圆形金属环垫与环连接面的接触不连续，在局部区域形成断点，造成金属环垫与环连接面之间的密封存在间隙，形成泄漏通道。经测量，最长不连续密封弦长约17mm，该处经物料冲刷形成的径向沟槽最深达0.8mm。

2.泄漏原因分析

对垫片密封来说，其泄漏状况与被密封介质的物性、工况条件、法兰密封面的粗糙程度、压紧力及垫片的基本条件、尺寸、加载卸载历程等诸多因素有关。由于上次检修后，更换的金属环形垫片运行了两年半时间未出现泄漏，被密封的工艺介质也没有发生变化，因此可以只考虑工况条件的影响。

（1）经统计，反应器上次检验后到发生泄漏的时间段内，开停车次数20次左右，在2.45MPa的压力以及370℃的操作条件下，垫片发生疲劳失效，泄漏现象发生。

（2）长期的高温，造成螺栓及垫片蠕变，垫片比压下降；螺栓被拉伸，法兰变形，此时残余比压若小于某一值（工作密封比压）就会发生泄漏。

（3）泄漏一旦发生后，高压物料从泄漏点溢出，泄漏处的密封面发生冲蚀，导致径向凹坑出现。

三、防泄漏的对策及法兰的修复和装配

（1）加强工艺操作的平稳性，尽量减少非计划停车，避免反应器温度发生急剧变化，减缓反应器的温度变化梯度。

（2）由于法兰上的环接触面出现不均匀冲蚀，需要修复。因为反应器的容器类别是三类在役压力容器，修理前应遵循国家质量技术监督局颁布的《压力容器安全技术监察规程》。法兰是主要的受压元件，所以在办理了相关手续且符合《容规》的要求后，开始修复工作。

法兰盖的修复比较简单，将法兰盖卡在车床上，找正后用车刀修复。设备接管法兰与设备本体相连，不具备用车床修复的条件，只能在装置现场使用专用工具修复，图2是修理现场照片。专用工具由支承盘、中轴和刀架3部分组成。将支撑盘固定在法兰接管上，在支撑盘上对称分布八个顶丝，用来找正调整刀架；将中轴和刀架安装到支承盘上并找正后，将车刀安装在刀架上，通过人力推动刀架在接管法兰上做圆周运动切削环接面，用23°角度模板校正，最后再用研磨的方法，使切面的表面粗糙度达到：槽斜面Ra1.6，槽底面Ra6.3。

（3）法兰装配要点。在装配温度（环境温度）下的垫片蠕变，可通过使用改进的螺栓拧紧补偿方法操作。应该包括首次拧紧后某个时候再次拧紧，最好在几个小时之后、几天之后最理想。在装置现场采用力矩扳手按照一定顺序及力矩值拧紧螺栓，随后在升温稳定后8h、24h、72h分别再次拧紧螺栓，以此来补偿垫片及螺栓在高温下产生的蠕变。

四、修复后运行效果

法兰修复后，更换新的椭圆形金属环垫，经现场研磨，确认环垫与环接面均匀接触，所形成的密封线连续无断点，做PT检查合格后安装。经试压、气密试验合格后交付生产，经过一个大修周期（3年）的使用未发生泄漏，周期检修时拆卸法兰检查密封面，工作状态良好。 W 11.12-31