重疊式重整反應(yīng)器
在操作運(yùn)行一段時(shí)間后，許多反應(yīng)器的油氣進(jìn)出口法蘭出現(xiàn)不同程度的泄漏，不得不采取打臨時(shí)夾套、增設(shè)蒸汽盤管降溫稀釋等應(yīng)急措施帶病運(yùn)行；若處理不當(dāng)，甚至可能發(fā)生火災(zāi)。因此解決法蘭泄漏問題，迫在眉睫。
01PART
重整反應(yīng)器基本工藝參數(shù)重整反應(yīng)器的主要反應(yīng)脫氫、異構(gòu)化和環(huán)化反應(yīng)均為臨氫吸熱反應(yīng)，入口溫度高，出口溫度低。反應(yīng)器示意圖見圖1，基本工藝參數(shù)如表1所示。
圖1 重疊式重整反應(yīng)器示意圖
表1 反應(yīng)器基本工藝參數(shù)
02PART
法蘭泄漏原因分析法蘭密封失效泄漏通常是由多方面原因造成的（圖2），如長期服役在高溫工況下的蠕變和應(yīng)力松弛、開停車工況下的高低溫交變、操作參數(shù)異常波動、法蘭變形、墊片質(zhì)量缺陷、密封面損壞、螺栓預(yù)緊力不足、安裝不當(dāng)和維護(hù)不利等；上述因素都會使密封墊片的實(shí)際工作密封應(yīng)力衰減或補(bǔ)償位移不足，從而導(dǎo)致法蘭密封失效泄漏。
圖2 法蘭密封失效原因
根據(jù)現(xiàn)場反饋和調(diào)研情況
類似連續(xù)重整反應(yīng)器這樣的高溫臨氫或高低溫交變法蘭密封失效泄漏，都存在一個(gè)共性問題：定力矩緊固后液壓或氣密試驗(yàn)也通過了，為什么高溫下服役運(yùn)行一段時(shí)間（如半年～三年）后還是泄漏？個(gè)別反應(yīng)器進(jìn)出口高溫油氣法蘭的泄漏量高達(dá)20,000 - 80,000μmol/mol，有燃爆隱患。 現(xiàn)場調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，主要是由于下述原因?qū)е旅芊鈮|片的實(shí)際工作密封應(yīng)力衰減或補(bǔ)償位移不足。
1現(xiàn)場安裝質(zhì)量保證和控制不到位不同于汽車行業(yè)的多顆螺栓數(shù)控全自動同步緊固到規(guī)定值，石化現(xiàn)場安裝施工法蘭螺栓只能單顆序貫多輪次定力矩緊固。對于大口徑高溫高壓油氣法蘭，螺栓通常多達(dá)24 ~ 48 顆（按ASME PCC-1- 2019最多可達(dá)68顆）。螺栓越多，現(xiàn)場安裝質(zhì)量保證和各顆螺栓實(shí)際扭矩的一致性控制就越難；特別是石化行業(yè)為了降本，允許舊螺栓人工篩選、清洗、潤滑和復(fù)用，每顆螺栓的摩擦系數(shù)都可能不一樣且同一法蘭所使用螺栓的大的和最小摩擦系數(shù)可能差異很大，加之施工現(xiàn)場有的螺栓安裝工位十分刁鉆，即使使用上等的液壓拉伸器（扭矩準(zhǔn)確度80 ~ 90%），在法蘭軸線對中和法蘭面平行度都滿足技術(shù)規(guī)范的條件下，同一法蘭大的與最小螺栓扭矩可能相差20%，而法蘭密封定力矩緊固設(shè)計(jì)載荷上下限/閾值通常為40 ~ 70%（常溫）屈服強(qiáng)度。要滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場安裝的實(shí)際載荷應(yīng)該控制在50~60%，才可能在“紙面”上保證同一法蘭的所有螺栓定扭載荷10滿足設(shè)計(jì)閾值——這太難了，超出了現(xiàn)有的安裝工藝技術(shù)水平；因此，現(xiàn)場變通的辦法是“望大”，即控制定扭載荷在50-80%之間。
2高溫蠕變導(dǎo)致應(yīng)力松弛和墊片回彈性下降"望大"控制，對于高溫油氣大口徑法蘭密封就不“友好”了。
高溫油氣法蘭，必然存在材料蠕變，墊片回彈性能下降，螺栓應(yīng)力松弛，墊片工作密封力下降。從表2可以看到，常溫下的預(yù)緊力(應(yīng)力)對螺栓材料的蠕變存在非常大的影響。如果在高溫下保持常溫下的預(yù)緊力，則需要在較短的時(shí)間間隔內(nèi)再次擰緊螺栓。預(yù)緊應(yīng)力處于80MPa時(shí) ，若 要求 應(yīng) 力 下 降 10％就擰緊的話 ，其時(shí)間間隔約為10個(gè)月（7250小時(shí)）；常溫預(yù)緊應(yīng)力為 80MPa時(shí)，實(shí)際應(yīng)力可能高達(dá)88MPa，高溫下服役運(yùn)行3年，螺栓軸向應(yīng)力會下降20%以上。由于目前定扭管理（即使抽查）只記錄每個(gè)法蘭螺栓扭矩的大值和最小值，而且定扭力矩的設(shè)計(jì)公差是±10%；因此，高溫油氣法蘭在4 ~ 6年的大修周期內(nèi)，必須熱緊至少1~2次，否則泄漏的概率很大。表2 螺栓軸向應(yīng)力隨初始預(yù)緊力降低不同幅度所需時(shí)間t ? 10000/h
3管系附加載荷和支吊架施工缺陷除壓力載荷外，法蘭接頭還要承受外部管線的附加拉、壓或彎矩載荷，這也是影響法蘭接頭性能的一個(gè)重要因素。在工程上通常采用當(dāng)量設(shè)計(jì)壓力法來考慮外部管線載荷對法蘭的影響。由于平面布置的需要，重疊式重整反應(yīng)器的油氣進(jìn)出口往往集中布置在反應(yīng)器靠近加熱爐一側(cè)，而多條管線對法蘭的聯(lián)合作用無法準(zhǔn)確計(jì)算，以致上述所得法蘭當(dāng)量設(shè)計(jì)壓力可能偏低，影響法蘭預(yù)緊力選擇。另外，從現(xiàn)場觀察來看，管線支吊架施工偏差或質(zhì)量不佳，使其無法正常工作，法蘭所承受的管線實(shí)際外載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)值。
管系設(shè)計(jì)或施工安裝缺陷，當(dāng)高溫油氣法蘭升溫至操作工況并長期運(yùn)行時(shí)，管系附加彎矩或載荷，可能壓潰SWG纏繞墊或使纏繞墊密封材料失去回彈性，管系法蘭推力不足可能使CSG石墨密封墊片與法蘭密封面局部喪失正的接觸應(yīng)力；這些都可能導(dǎo)致法蘭密封失效泄漏。03PART
對策
1提高法蘭密封設(shè)計(jì)、選型和現(xiàn)場安裝質(zhì)量
充分考慮外部管線載荷疊加、螺栓應(yīng)力松弛、墊片高溫回彈性能下降和材料蠕變等不利因素，提高法蘭剛度或磅級1~2級，選用抗蠕變、抗高低溫交變、無壓潰風(fēng)險(xiǎn)和回彈性能優(yōu)異的墊片，選用抗蠕變和應(yīng)力松弛性能優(yōu)異的螺栓。
提升定力矩緊固質(zhì)量保證和控制水平，盡量避免在施工現(xiàn)場分選和潤滑舊螺栓（返廠“再制造、再驗(yàn)收”）。
糾正管線支吊架施工偏差，使其能正常工作，可降低管線附加載荷。
2高風(fēng)險(xiǎn)不可達(dá)法蘭密封狀態(tài)在線監(jiān)控
塔頂、罐頂或保溫層下高溫油氣或高毒劇毒介質(zhì)法蘭密封點(diǎn)狀態(tài)在線連續(xù)監(jiān)測。
基于密封點(diǎn)狀態(tài)在線連續(xù)監(jiān)測和泄漏趨勢預(yù)測結(jié)果識別熱緊時(shí)機(jī)，實(shí)施預(yù)測性維護(hù)。
#智慧工業(yè)
——泄漏在線監(jiān)測預(yù)防系統(tǒng)
加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防控，及早發(fā)現(xiàn)泄漏
實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，減少非計(jì)劃停車
