熱電偶套管管線泄漏導(dǎo)致環(huán)氧乙烷反應(yīng)器催化劑失效的分析

上海自儀公司介紹了環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及工作原理。針對某乙二醇裝置環(huán)氧乙烷反應(yīng)器熱電偶套管管線泄漏，導(dǎo)致環(huán)氧乙烷反應(yīng)器催化劑失效的情況，結(jié)合現(xiàn)場及實(shí)際操作工況，詳細(xì)分析了該反應(yīng)器熱電偶套管泄漏的原因，并制定出可行性方案，提出了相應(yīng)的整改措施，消除了這一制約生產(chǎn)的設(shè)備隱患。

某石化公司乙二醇裝置環(huán)氧乙烷(EO) 反應(yīng)器其運(yùn)行性能直接影響該裝置的生產(chǎn)能力及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。該反應(yīng)器投入運(yùn)行3 年多后就發(fā)生嚴(yán)重的尾燒現(xiàn)象，尾燒產(chǎn)生的高溫高壓直接可導(dǎo)致后續(xù)流程中換熱器封頭泄漏，大量環(huán)氧乙烷可燃?xì)馔饴?，?yán)重影響到裝置的安全生產(chǎn)。2011 年4 月16日對EO 反應(yīng)器進(jìn)行檢修時，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器Ｒ101A上封頭內(nèi)的1 根熱電偶套管破損(見圖1)，使得殼層內(nèi)的鍋爐水進(jìn)入到裝填有催化劑的反應(yīng)器管層內(nèi)，致使尾燒發(fā)生。

本文對熱電偶套管焊縫處發(fā)生泄漏的原因進(jìn)行了研究和分析，并提出了解決方案。

1 環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)及工作原理

1)結(jié)構(gòu)及工作原理。

環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的主要結(jié)構(gòu)為:管束、管板、支撐格柵及上下封頭。該反應(yīng)器直徑4.8 m，總高度約為22 m，內(nèi)有5 144 根反應(yīng)管，其中有2 根監(jiān)測殼體鍋爐水溫度熱電偶套管。反應(yīng)管外徑50． 8mm，內(nèi)徑44．8mm，長11．8m。反應(yīng)器頂部筒體高度為1485mm，封頭為橢圓形;底部筒體高度為765 mm，封頭底部為錐形。催化劑填高約為10700 mm，惰性球裝填高度約為800 mm，每個反應(yīng)器銀催化劑裝填量85 t，惰性球約15 t。反應(yīng)器主要結(jié)構(gòu)見。

環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的工作原理是:其管程所走的介質(zhì)為循環(huán)氣( 含乙烯、氧氣、甲烷等)，殼層所走介質(zhì)為鍋爐水(BW)，由于在反應(yīng)管中乙烯和氧氣進(jìn)行的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其產(chǎn)生的熱量被殼層的BW 水帶走。反應(yīng)器中有2 根熱電偶套管管線，其結(jié)構(gòu)是由反應(yīng)器的上管板延伸出反應(yīng)器封頭，在反應(yīng)器的上管板和封頭之間有1 段1 400 mm 的管，其有多點(diǎn)熱偶，用以測量反應(yīng)器殼層的鍋爐水溫度。

2 失效原因分析

針對兩管道接口焊縫處焊口泄漏的現(xiàn)象，從反應(yīng)器的工況及設(shè)備形式入手，詳細(xì)分析問題產(chǎn)生的原因，力求從根本上解決該管線泄漏的隱患。

形成泄漏有以下幾個主要原因:

1)初步判斷環(huán)氧乙烷反應(yīng)器頂部熱電偶套管膨脹節(jié)設(shè)計(jì)的吸收熱膨脹量小于實(shí)際運(yùn)行的熱膨脹伸長量，造成熱電偶套管受超負(fù)荷軸向推力擠壓以致變形偏斜，并因膨脹節(jié)橫臂受兩側(cè)軸向推力擠壓，應(yīng)力加大，同時產(chǎn)生整體管線發(fā)生橫向位移，導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度薄弱處泄漏失效。

2)初步判斷制造及施工方在安裝焊接熱電偶套管時沒有嚴(yán)格按照制作要求與設(shè)計(jì)規(guī)范施工。

a)在組裝膨脹節(jié)時沒有按設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行安裝，安裝膨脹節(jié)的螺栓預(yù)緊力不一致，導(dǎo)致管線熱應(yīng)力不均勻。

b)制造方焊接工藝編排有待商榷。較好的焊接工藝編排可縮小熱影響區(qū)中的過熱區(qū)。

c)焊縫熱處理不完善。未經(jīng)預(yù)熱，焊后保溫時間、溫度把握不準(zhǔn)確。

3)初步判斷現(xiàn)場設(shè)備升溫過程中，未嚴(yán)格按照操作規(guī)程與技術(shù)要求對設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱。并在投送BW 時，控制閥門開啟過快造成管線上部溫升快于設(shè)備本體溫升，引起管線上下部熱膨脹量不一致，應(yīng)力沿垂直管道軸向并向上使管道向上隆起，并在焊接質(zhì)量薄弱處達(dá)到應(yīng)力集中。

3 現(xiàn)場檢查管線泄漏

泄漏發(fā)生后，上海自儀公司現(xiàn)場檢查膨脹節(jié)安裝發(fā)現(xiàn)，EO 反應(yīng)器頂部熱電偶管線處膨脹節(jié)安裝不規(guī)范，且膨脹節(jié)預(yù)緊力不均勻，管線整體發(fā)生橫向位移，導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度薄弱處泄漏失效。