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)場及實際操作工況，詳細分析了該反應(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)器其運行性能直接影響該裝置的生產(chǎn)能力及經(jīng)濟指標(biāo)。該反應(yīng)器投入運行3 年多后就發(fā)生嚴重的尾燒現(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)氧乙烷可燃氣外漏，嚴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)計的吸收熱膨脹量小于實際運行的熱膨脹伸長量，造成熱電偶套管受超負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格按照制作要求與設(shè)計規(guī)范施工。

a)在組裝膨脹節(jié)時沒有按設(shè)計規(guī)范進行安裝，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，未嚴格按照操作規(guī)程與技術(shù)要求對設(shè)備進行預(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)致焊縫強度薄弱處泄漏失效。