油品储罐连接金属软管失效原因及预防措施

许 伟

（广东石化公司，广东揭阳 522000）

0 引言

金属软管是现代工业设备连接管线中的重要组成部件，具有耐腐蚀、耐压、耐震、高柔性及安装便捷等诸多优点，金属软管在油品储罐进出口有着广泛的应用，对储罐的长周期运行发挥着举足轻重的作用，若其出现问题不能及时解决，将会对储罐平稳运行带来严重威胁，针对近年油品储罐抗震用金属软管（以下简称金属软管）失效问题进行分析并提出预防措施，确保炼油企业储油罐长周期运行。

1 金属软管简述

1.1 金属软管结构

金属软管是由接头法兰、波纹管、网套等结构组成（图1）。

波纹管是由管壁极薄的无缝或纵焊缝不锈钢管经过高精度塑性加工成型的。由于波纹管的主要材料是采用奥氏体不锈钢，因而保证了软管优良的耐温性和耐腐蚀性。同时，波纹金属软管的弹性决定了其具有良好的柔软性和抗疲劳性，很容易吸收各种运动变形和循环载荷，尤其在管路系统中有补偿横向位移的能力。波纹管外层的网套是由不锈钢丝编织而成，是金属软管安装在管道中的主要承压件，同时对波纹管起保护作用。波纹金属软管两端的接头法兰的连接通常有：两端平焊法兰连接及一端固定，另一端活套法兰两种连接方式，在安装过程中后者比前者灵活，能够有效防止软管的强行扭转。

图1 金属软管结构

1.2 储罐运行过程中所发挥的作用

根据《轻质油品储罐技术导则》等标准规范的相关要求，储罐的主要进出口管道应采用挠性连接或弹性连接方式。同时，西部炼厂地质结构上部为砾卵石层，颗粒粗大，结构松散，多大孔结构，渗透性能较强。按《中国地震烈度区划图》本厂地震烈度为7 度。根据SY/T 4073—1994《储罐抗震用金属软管和波纹补偿器的选用标准》要求，油品储罐均符合设置金属软管的条件。储罐进出口管道上加设波纹金属软管，可以有效地减轻储罐的地震破坏，并用来补偿储罐的地基下沉、管线的热胀冷缩和施工时的安装偏差，避免严重的次生灾害等。

2 金属软管失效原因分析

油品车间金属软管失效原因主要体现在以下5 个方面。

2.1 金属软管网套缺陷

金属软管在制造阶段，由于焊接质量原因在波纹管、接管及网套的三位一体的焊接过程中造成部分钢丝的虚焊、未焊透或过烧。这些缺陷在出厂检验时又不易被发现。当软管投入使用一段时间后，在介质压力的作用下，存在焊接缺陷的钢丝先拉托，进而造成外部承压的钢丝变形、内部金属波纹管鼓包。2019 年2月临近检修末期，油品储罐柴油5#、7#罐，汽油10#罐发生不同程度的鼓包现象（图2）。

2.2 异种钢焊接导致焊缝开裂

金属软管波纹管与接头法兰的连接方法大多数采用焊接工艺，当接头法兰为碳钢时，由于碳钢中不含有奥氏体不锈钢中所含有的成分，焊接过程中发生焊接稀释，造成焊缝结构为马氏体组织，焊缝力学性能、耐腐蚀性能大幅度降低，在机械疲劳及腐蚀等因素的共同作用下软管焊缝开裂，金属软管失效。如2017年12 月，93#罐西侧至71#罐（MTBE罐）管线金属软管出现泄漏（图3）。

2.3 波纹管爆裂

图2 10#罐进口软管鼓包情况

因为设计选型失误或工艺操作不当等原因，导致波纹管及网套的参数不适用于当前工况。经过一段时间的使用，由于波纹管与网套贴合不紧密，软管内超温超压，导致软管发生爆裂。例如，2016 年5 月21 日下午，罐区巡检人员在巡检途中听到一声巨响，立即赶往现场，发现24#罐进口金属软管破损，车间立即进行妥善处理。后经查明，在高温作用下气化，软管内甲醇导致软管内压力急剧升高，在软管薄弱处发生爆裂（图4）。

图3 MTBE 罐金属软管焊缝开裂情况

2.4 安装不当

图4 24#罐爆裂金属软管

在实际的安装过程中由于软管的尺寸与连接管线存在偏差，为完成安装对软管施加额外的应力，强行拉伸、压缩、扭转、弯曲及冲撞软管，当附加的应力超过软管钢丝网套的极限强度时，会使软管三位一体的焊接部位焊缝出现裂纹，进而造成金属软管失效。

2.5 其他原因

由于选型不当同样会造成金属软管失效：选取金属软管的长度过长，增加额外成本，同时增加流体的阻力，引起附加的振动；选取金属软管长度过短，软管处于拉伸状态，产生过度拉伸，导致软管疲劳损坏。此外，进出储罐介质振动频率与金属软管固有频率相同时，产生共振，加速软管疲劳破坏造成软管失效。

3 预防金属软管失效的措施

近年来油品储罐共发生金属软管失效6 件/年，金属软管的失效轻则造成储罐单机停运，严重时会影响装置安全生产，预防金属软管失效应从选型、安装以及日常的操作、维护等方面的考虑，主要措施如下。

3.1 合理选型

根据实际生产情况合理选用金属软管材质、管径、压力、温度、长度及固有频率等。金属软管长度的相关计算公式如下：

式中 L——金属软管的长度，mm

Rs——金属软管的弯曲半径，mm

D——金属软管通径，mm

L1、L2——金属软管接头长度，mm

Y——横向位移量，mm

式中 f1——储罐基本自振频率，Hz

T1——储罐基本自振周期，s

r1——底圈罐壁平均半径，m

t1/3——液面高度1/3 处的罐壁厚度，m（不包括腐蚀裕度）

r0——储罐体形系数（按表1 选取）

hw——液面高度，m

表1 储罐体形系数r0

表1 中，d1为储罐底圈罐壁平均直径，m。

通常严格按照生产标准进行生产的金属软管固有频率高于10 Hz，因此储罐与储存介质耦联振动频率低于7 Hz 时可以不考虑共振问题。

3.2 规范安装过程

3.2.1 严格控制收货标准

根据SY/T《储罐抗震用金属软管和波纹补偿器的选用标准》对金属软管进行如下检验：

（1）产品质量合格证书。

（2）产品规格、型号、外观等应符合《储罐抗震用金属软管和波纹补偿器的选用标准》的要求。

（3）与金属软管相关设计文件是否齐全等。

3.2.2 规范安装过程

安装过程中应遵循以下要求：

（1）金属软管应设置在储罐根部第一道阀门与管线连接处，使储罐与管线之间形成软连接。

（2）在罐根部阀经常处于密闭状态的管线上安装金属软管时，应在其管线上设置泄压装置。

（3）对于两个或两个以上储罐管钱工艺管线想通或当罐前管线工艺流程处于带压状态时，应在金属软管后设置控制阀。

（4）在施工过程中要防止焊渣飞溅到软管上。

（5）安装过程中不应强行轴向拉伸或压缩避免由于强行拉伸、压缩或弯曲造成金属软管的网套脱网。严禁用硬质工具砸、敲金属软管的外表面，同时杜绝应采用强紧法兰、螺栓的方法消除安装偏差。

（6）在日常操作中应避免金属软管超温超压运行，尤其在高温天气下，应及时泄除因管线内介质气化所产生的压力。同时加强对金属软管的检查及维护力度，利用更换阀门与密封垫片的时机，检查波纹管内部及焊缝的完好情况，酌情、及时更换。

（7）加大培训力度，让员工对软管结构与作用有更清楚的认识，提高操作人员及技术人员的责任心。

4 结束语

金属软管自身的缺陷，在出厂检验时不容易被发现，投用后因自身缺陷及操作不当等因素造成的失效问题可能导致安全事故，对储罐的安全运行危险极大，不可忽视。只有弄清金属软管的内部结构及失效原因，对失效现象进行分析和研究，采取有效的防范措施，才能确保金属软管处于安全的工作状态，为储罐的平稳运行保驾护航。