脱乙烷塔在线维修方法探究

李应勇

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，湛江 524057）



脱乙烷塔在线维修方法探究

李应勇

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，湛江 524057）

摘 要：脱乙烷塔使用10年后，检查发现外表面存在裂纹。通过设计工装以及采用新的维修方法，悬空塔体上部23米，使28米多高的脱乙烷塔原地不动的情况下，更换该塔底部4米多的筒体，保证装置继续安全平稳生产。

关键词：脱乙烷塔 裂纹 维修 新方法

引言

某炼化厂的脱乙烷塔是处理天然气的压力容器。该塔于2003年投产，立式安装，生产工艺如图1所示。其中，从一级低温分离器分离出的冷凝液（-34℃）作为脱乙烷塔的下段进料进入脱乙烷塔，二级低温分离器分离出的冷凝液（-60℃）作为脱乙烷塔的上段进料进入脱乙烷塔。脱乙烷塔的塔顶温度控制在-20℃，压力1.7MPa。塔顶分离出的C1、C2、C3馏分经脱乙烷塔顶冷凝器冷却到-32℃后，再进入脱乙烷塔顶回流罐。这些冷凝液全部作为塔顶回流，由脱乙烷塔回流泵加压到2.0MPa后打回塔顶部。塔顶回流罐的不凝气进入原料气/燃料气换热器被加热后，作为分子筛的再生气，再生结束后去配气站作为透平发电机的燃料气。塔底热源由脱乙烷塔底重沸器提供，温度控制在63℃。

图1 旁通脱乙烷塔的生产流程

脱乙烷塔体高28.6米，下段直径1500mm，上段直径1000mm，塔体厚度为14mm，设计压力2.0MPa，设计温度-65℃/10℃，材料为304奥氏体不锈钢，总重量约为20.1吨。2014年，在对该塔进行常规检查时发现，下封头上方四个筒节的塔体均出现裂纹。本文对脱乙烷塔裂纹的修复方法进行探讨，并提出合适的维修方案彻底解决故障，以保证该装置的安全平稳运行。

1 生产工艺流程临时改变

脱乙烷塔存在裂纹，需要停止使用进行维修，因而导致轻烃区制冷单元将无法投用，轻油液化气减产。为了在脱乙烷塔修复期间减少产量损失，通过分析和改造天然气流程，旁通脱乙烷塔使脱乙烷塔隔离出来进行在线维修，而燃气主流程可以继续保持生产。投用旧原油稳定系统、重烃单元、脱丁烷塔单元、原料气分离、分子筛脱水和再生单元以及轻烃区给透平燃料气供气单元。在旁通脱乙烷塔时，需要对原有的工艺流程部分管线进行改造，以达到该目的。

具体改造方案如下：增加管线，连接一、二级低温分离器V-B40、V-B42液相出口，天然气不通过脱乙烷塔，直接进入脱丁烷塔进行精馏处理。为了降低消除旁通脱乙烷塔的直接影响，减少天然气中的轻组分直接进入到脱丁烷塔。只启动丙烷机制冷，并且通过降低丙烷蒸发器液位来降低制冷温度，减少丙烷机负荷。停止膨胀机深度制冷，以减少更多轻组分进入脱丁烷塔。同时，采取液化气回流罐顶部气体回收中压机，回流罐持压放空，并改造增加液化气回流罐V-M11至中压机管线来回收液化气气相等措施，从而降低脱丁烷塔压力。

2 维修方案确定

脱乙烷塔是天然气处理的关键设备，它的故障停用导致每天直接影响液化气产量减少300多方。因此，早一天修复该塔，对产量及经济效益具有至关重要的作用。

2.1 裂纹分布状况

对于采取什么方式进行维修，首先需要确定该塔目前裂纹的状况，如裂纹的分布、深度及裂纹的多少等数据，才能制定合理完善的维修方案。经内外表面进行的渗透检测来看，裂纹主要分布于塔底往上的第一节至第四节的筒体处，共有56道裂纹，裂纹最深处达12mm；其他筒体完好无损。

2.2 方案的优选

从上面的裂纹分布状况分析，如果需要继续使用脱乙烷塔，必须对其进行修复合格或更换新塔，才能继续生产。

方案一：更换新脱乙烷塔。把旧的脱乙烷塔拆除，用吊车把该塔从现在的位置移除。过程中需要先把相关的管线拆开，还需要把20米高的操作台拆除，才能把旧塔移出到安全地方。按原来的技术图纸，重新找相关厂家建造新的脱乙烷塔，再把制造好的新塔运到涠洲终端处理厂进行安装。把脱乙烷塔整体吊出来，把新塔吊装到原来的位置安装，存在以下困难需要解决。

（1）需要拆除周围的天然气管线。该塔是天然气处理系统中的其中一个设备，周围有较多的管线连接到其他设备上。吊出该塔前，需要拆除周围大量的连接管线。

（2）吊装是怎样防止对周围设备的碰撞，产生次生灾害。脱乙烷塔旁边近挨着30多米高的正在生产的脱丁烷塔。把脱乙烷塔进行吊离和安装，都存在碰撞管线及旁边设备的风险。防止碰撞是吊装的主要困难之一。

（3）周围操作台拆除。该塔周围有20多米高的钢结构操作台，在吊装前需要拆除操作台，完工后需要重新回装，耗时并增加费用。

（4）吊机的要求需要很高。由于脱乙烷塔较高，且重量较重，吊机要从现有的地方把该塔吊出，至少需要把该塔底部吊离地面20多米才能满足要求。因此，对吊机的选用要求很高。

脱乙烷塔没有吊装点，需要解决吊装点问题。由于该塔设计时没有吊装点，如果需要把该塔用吊机吊出原位，需要重新焊接吊装点，并进行受力计算。这需要花很长的时间。

优点：由于在厂家进行新塔的建造，建造工程中减少在危险区域动火，因此在热工作业时降低爆炸风险，能够彻底解决该裂纹的故障。

缺点：吊装的风险较大。脱乙烷塔较高，在吊装时容易碰到相邻的管线，造成次生灾害，风险较大；整体更换该塔需要厂家重新购买材料，从签订合同到建造安装完成，再到恢复生产，最快也需要一年时间。施工周期长，更换费用大，对产量及经济效益损失巨大。

方案二：对存在裂纹部分在线进行修复至合格使用。对整个脱乙烷塔进行检测，只发现该塔底部约4.5米高的部分存在裂纹。因此，针对裂纹部分进行筒体更换。该方案由于更换乙烷塔下部，需要考虑上部约17吨塔体的稳定，不会倒塌造成更大的事故。热工作业时，需要防止周围可燃气体浓度超过极限爆炸的危险。通过采用上部塔身的固定在操作台架的方法，分担上部筒体重量到操作台上。具体施工时，采用“开窗式”的维修方法，把直径1.5米、高4.5米的圆形塔体分为12块弧形板，按一定的顺序，逐一更换筒体，以便使上部的塔身有足够的受力支撑点，不会造成塔体的倒塌或翻侧的危险。热工作业时，进行围闭施工，防止火星飞溅。对热工作业环境进行可燃气体连续检测，保证在周围环境合格才动火，避免发生爆炸危险。

优点：维修时间短，维修费用少。从维修到恢复生产，2个月可以完成。

缺点：由于维修空间窄，周围有较多天然气管线；热工作业较多，需要制定详细的风险分析，避免次生灾害。

通过分析比较，在线维修的费用较低，时间较短。恢复生产时间较快，产量损失较少，节约费用量大，经济和产量效益好。确定采取维修的方式，进行修复脱乙烷塔。

3 维修方案的实施

3.1 上部塔身的固定

制作如图2所示的支撑12个，分别在第一层、第三层及第五层平台上，将之与塔体及平台相焊，每层平台4个，对称布置，以此固定上部塔体。把上部塔体的部分重量分散在操作平台上，防止更换下部筒体时导致上部17吨重的塔体发生倒塌或翻侧的危险。

图2 排版图（展开图）

该方法的运用是根据现场的实际情况，因地制宜，充分利用现有条件，节约时间，提高效率，可以减少吊装的危险，不需要大型的吊装设备，节约费用。

3.2 带裂纹塔体筒节切除及更换

采用“开窗式”的维修方法，把直径1.5米、高4.5米的圆形塔体分为12块弧形板。按一定的顺序逐一更换，以便使上部的塔身有足够的受力支撑点。由于现场施工场所狭窄，为方便现场组焊，每个筒节按1500mm的内径卷制成型后再等分成3片。卷制前，需用刨边机加工坡口，等分后也要加工坡口。

按图3的顺序对带裂纹塔体筒节进行切除和焊接。把裂纹的塔体分成多块进行施工，使每一块的重量降低，方便人员的转运，不需要太多的人力都可进行施工。

图3 对带裂纹塔体筒节进行切除和焊接的顺序示意图

施工时，为了保证上部塔体的安全，下部不能整圈同时拆除。需要时根据图3的顺序采用“开窗式”方法。先切割序号1的钢板，将新钢板组对上去，将其下端环缝及上端环缝点焊固定，并将下端环缝焊接2至3层，然后再切割、组对序号2钢板，并将其与第一块分片的连接纵缝焊接，再将其与封头焊接，最后切割、组对

序号3钢板，将三道纵缝及下端环缝内侧焊缝满焊。完成筒节二、筒节三、筒节四的组焊，每块新钢板组对上去后，其与上端筒体连接除了点焊固定外，还必须在每块钢板与上端筒节连接的环缝中段焊接500mm长焊缝，此焊缝内侧需满焊，同时在外侧焊接至少两块筋板固定。按上述的维修方法，保证上部塔体剩余的重量由其余没有割开的塔身承受，以保证其安全可靠。

4 取得的经济利益

通过以上在线创新的维修方法，整个维修用时20天，恢复了脱乙烷塔的原有功能。比传统吊装相比，该塔进行更换的维修方法节省了维修时间在160天以上，节约直接施工费300多万。而在脱乙烷塔停用期间，增加新流程，继续进行局部生产，每天可增加液化气产量95方/天，轻油产量150方/天。节省维修时间的产量按每天产液化气约300方算，增产液化气4.8万方以上。按液化气价格2500元/方计算，共创造1.5亿多的利润，取得了巨大的经济效益和产量效益。该维修方法有积极的推广意义，为压力容器现场在线的维修提供了宝贵经验。

Study On On Line Maintenance Method of Ethane Tower

LI Yingyong
（China National Offshore Oil （China） Co.， Ltd. Zhanjiang branch， Zhanjiang 524057）

Abstract:After 10 years of use of the tower， the presence of cracks on the outer surface of the tower is checked. Through the design of tooling and the new maintenance method unconnected 23 meters in the upper part of the tower body， 28 meters high ethane tower standing motionless case， 4 meters of replacement at the bottom of the tower cylinder to ensure device to the safe and stable production.

Key words:ethane tower， crack， maintenance， new method