PDH高温氢烃泄漏管线裂纹的在线焊接

严维山，李远征，冀红飞，钱晓健，毛克有

（东华能源 （宁波）新材料有限公司，浙江 宁波 315812）

0 引言

东华能源（宁波）新材料有限公司66万t/a丙烷脱氢制丙烯装置（以下简称“PDH”）于2016年11月份投产，该套装置采用UOP公司的OleflexTM工艺。主要由原料预处理单元、反应单元、催化剂再生单元、冷箱分离单元、SHP单元、精馏单元、PSA单元组成。装置自开车以来一直运行平稳，但在2018年1月22日，操作人员巡检发现第四反应器出口到热联合换热器E201-3的反应流出物管线弯头处冒出火苗，经检查发现在弯头的上游焊口有约40 cm长的裂纹。该管线内介质为氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等的混合物，其中还含有50 ppm的H2S。该管线直径42英寸 （约106 cm），介质温度约600℃，泄漏后立即着火，为控制火势先由维保单位制作临时卡箍夹住裂纹减少泄漏量，并用氮气进行灭火。

1 泄漏情况分析

1.1 泄漏点情况

来自冷箱来的丙烷与氢气的混合气，再经过热联合进出料换热器E201-1～4与来自第四反应器的反应流出物分两路经过E201-1～4与反应器进料换热，依次经过进料加热炉、第一反应器、第一中间加热炉、第二反应器、第二中间加热炉、第三反应器、第三中间加热炉、第四反应器，然后反应流出物从第四反应器分两路分别进入E201-1～2，和E201-3～4，与反应器进料换热后进入压缩分离系统，该泄漏点位于第四反应器出口到E201-3管线处，经检查弯头的前一道焊口处发现有两段裂纹，一段长度为40 cm，另一段长度为20 cm，管线裂纹泄漏点见图1。泄漏介质主要为丙烷、丙烯、氢气，该介质温度600℃，泄漏后与空气接触发生自燃着火，制作临时铁质抱箍，暂时控制住了泄漏量。

1.2 泄漏原因分析

在2016年7月份施工时，E201-3前面的弯头与直管段错边量达到10 mm，无法焊接，只能把原直管段的管线切割掉150 mm长，然后用一段150 mm长的短管做过渡，这样错边量减少从而完成了焊接，焊后无损检测合格。正是此处焊接的焊缝在本次出现了裂纹，导致泄漏着火，分析主要原因是错边量大导致焊接时出现应力且应力未能消除所致。

图1 管道焊缝裂纹泄漏点

图2 是开裂焊缝的显微金相分析照片，可见开裂是完全沿晶的，是与主断裂面平行的柱晶结合面裂纹，说明该处枝晶偏析对焊缝强度产生了严重削弱。

图2 完全沿晶的裂纹金相分析照片

2 焊接论证

公司召开专题会讨论该管线裂纹能否焊接，设备、安全、工艺等相关专业根据行业经验发表了不同看法。

主张停工处理的观点认为：首先，危险性大，现场存在着火、爆炸、中毒、坠落、坍塌等风险；其次，温度高，裂口长，焊接难度大；国内PDH装置没有先例，鉴于风险大，在没有十分把握的情况下停工处理最稳妥。

主张在线焊接的观点认为：国内天然气管道处理缺陷时有过在线焊接的成功案例[1]，而且有的炼油装置处理小泄漏点时也有在线焊接的应用，但需要聘请国内焊接专家，制定详尽的焊接方案，采取恰当的安全措施，尽量降低风险，有保障地完成任务。

3 焊接前的风险分析

经过讨论，公司同意在线焊接作业，并由安环部门针对此次施工作业进行风险分析及制定相应对策，具体情况见表1所示。

表1 风险分析与对策

4 实施焊接

公司聘请国内知名专业堵漏施工队，包括4名技术过硬的焊接技师，讨论并制定了切实可行的施工方案。

焊接主要包括五个步骤：固定、止裂、撵焊、补强、收口。

第一步，固定：由于管线有二段共约60 cm长的裂纹，如果冒然在管线上焊接则不能保证焊接过程不会扩大裂纹，所以先用加强筋板在管道的环焊缝上进行做拉筋固定加强，防止焊缝拉开。

第二步，止裂：为防止直接在焊口上焊接导致焊缝裂纹扩大，在裂纹的末端先点焊；图3显示管道裂纹情况，及固定筋板和止裂的照片。

第三步，撵焊：然后在焊缝上直接焊接，但是焊接时不能持续焊接时间过长，一是因为管线外壁温度高，熔池不容易凝固；二是因为裂纹处着火，需要不时的进行灭火处理，同时为减少可燃气的泄漏量要把焊缝撵小。

图3 固定及止裂后的裂纹图片

第四步，补强：焊接的过程中发现有的焊缝裂纹边缘脆化，不适宜直接焊接，还有的在补焊的地方需要加固处理，所以对上述部位进行了外加盖板补强焊。

第五步，收口：在最后一块盖板上预先焊接一个短管法兰，把有余压的可燃气导出，待整体焊接完毕后用盲法兰盲死。图4显示收口后的整体焊接完成图片。

焊接过程虽然偶尔发生着火，但都在预案控制之内，技术团队处乱不惊最终完成了焊接任务，经现场分析没有发现可燃气，达到了预期效果，堵漏成功。

图4 裂纹焊接后的图片

5 效果与行业经验

焊接完毕后，生产期间操作人员每天巡检监测二次，经过3个月的运行没有发现可燃气。此次PDH装置在线焊接高温大直径管线裂纹尚属首次，为公司减少了装置停车的损失，同时为行业应用积累了宝贵的经验。