10000m^3／h空分设备冷箱内管道焊缝开裂分析

10000 m3／h空分设备冷箱内管道焊缝开裂分析 吴魏国，赵军虎。翟艳飞 (河南豫光金铅股份有限公司项目部，河南省济源市荆梁南街 1号 454650) 摘要 ：由于安装人 员将粗氩塔进液阀 v3的固定支架和活动支架的位置装反 ，导致投运制氩 系统时 V3阀进 口管线焊缝开裂，制氩系统不能成功投入运行。文章介绍 了故障经过、原 因分析 过程和冷箱内损 坏情 况，最后 阐述 了冷箱 内管道的优化措施 和避免 同类故 障再 次发生的 防范 措施 。 关键词 ：空分设备；冷箱；管道；焊缝开裂 ；优化 ；防范措施 中图分类号 ：TB657．9 文献标识码 ：B Analysis of crack of welds of pipeline inside the cold box of 1 0000 m3／h air separation plant WU W eiguo，Zhao J unhu，Zhai Yanfei (Project Department，Henan Yuguang Gold and Lead Co．，Ltd．，i South Jingliang Street， Jiyuan 454650，Henan，P．R．China) Abstract：Since the installer fits the stationary support and movable support of liquid inlet valve V3 of crude argon tower in reversed position，the weld of V3 valve inlet pipeline cracks at commissioning of the argon generating system and in turn results in unsuccessful commissioning of the argon generating system．Here，the particulars of the trouble and the damage of cold box and the course analysis course are briefed，and finally the measures to optimize the pipeline inside the cold box and preventive measures to avoid reoccurrence of the similar trouble are described． Keywords：Air separation plant；Cold box；Pipeline；W e1d crack；Optimize；Preventive measures 河南豫光金铅股份有限公 司制氧厂 KDONAr一 10000／360／320型空分 设备 ，采用 分子 筛 吸附 净 化 、增压透平膨胀机制冷 、膨胀空气进上塔和全精 馏无氢制氩外压缩流程 ，上塔、粗氩塔和精氩塔采 用规整填料塔 ，下塔采用筛板塔。 l 故障经过 2010年 1月20日，第一次打开粗氩塔液空进液 阀 V3投运制氩 系统时，发现距离地 面 9 m高处 的 V3阀间断振动，且伴有 “咚咚”的异响声；V3阀 密封套处喷出珠光砂和低温气体。约20小时后，对 应管线下的地基温度下降至 一172℃，且 V3阀同侧 接近基础处的冷箱板被冻裂，裂 口长约 300 mm。于 是判断下塔液空至粗氩塔 的管线或设备 (过冷器) 有漏液现象。 为避免产生更大损失 ，只能停运空分设备并排 液 ，使其 自然升温，精馏塔内通人仪气以维持正 压 ，保证珠光砂不进入精馏塔等设备内部 ，同时微 开冷箱加温气阀。扒砂后发现 v3阀进 口管线焊缝 开裂且过冷器液氮封头处有 2处微漏。 收稿 日期 ：2010．04—22；修 回日期 ：2010 07．12 作者简介 ：吴魏国 ，男 ，1981年生 ，助理师 ，中级深冷气体分 离工 ，2003年毕业 于河南机 电高等专科学校制冷与 低温技术专业，现在河南豫光金铅股份有限公司项目部工作。 · 8 · 2 冷箱内损坏情况 10000 m ／h空分设备冷箱内部分管线布置如 图 1所示 。 [ ——一 活动支架 L 固定支架 图 1 KDONAr一10000／360／320型空分设 备冷箱 内 部分 管道布置 图 扒砂后发现：①处与塔连接的铝衬板脱落； ②处弯头呈椭圆状 ，短轴长约 135 mm；③处管道偏 离原位置约 200～300 mm；④处变径管道正下方焊 缝断裂，裂 口长约 40 mm；V3阀呈倾斜状 ，阀门 支架底座开裂。 3 原因分析 (1)查阅焊缝 x光拍片记录，均合格，无补 焊现象。现场锯开焊缝 ，发现焊丝渗透很好 ，焊接 质量合格。 (2)在投运制氩系统 时，开、关 V3阀非常缓 慢，压力也没有太大变化 ，所以 “水锤”问题出现 的可能性很小。 (3)冷箱 内管道在工作时，不仅要承受 自身重 量，还要承受流体的重量及珠光砂产生的载荷。当 空分设备处于常温时，塔器和管道没有热应力 ，处 在原始位置上。启动透平膨胀机进行冷开车后 ，空 分设备的塔器和管道都将收缩，整个塔器往下收 缩，管道也随之下移，几乎没有受到任何阻力；当 空分设备停车、排液和加温时，塔器和管道都将热 膨胀 ，由于塔器的强度和刚度很好 ，所以其上移不 受到珠光砂 的阻碍。而铝合金管道 的情 况则 不一 样，由于力矩比较大，珠光砂严重阻碍其上移，管 道越长 ，力矩越大。一般来说，管道受热后能向上 移动一些 ，但是无法回到原先 的位置 。根据 V3阀 倾斜状态及③处变化 ，认为焊缝开裂可能是管道应 力不够造成的。但设计人员重新计算管道应力后认 为可以满足要求。 (4)当塔器收缩 时，管道也 随之收缩 ，但 在 22 m处设置了固定支架 ，将管道 “抱死”，②处的 弯管严重变形和阀门处的位移无法由管道吸收 ，导 致缩节处的焊缝开裂 。V3阀后液体冲击使管道振 动加剧 ，但 V3阀后 15 m 处设 置了活动支架 ，导 致管道与 阀门发生共 振，撕裂焊缝。检查设计 图 纸，发现原设计时 22 m 处应为活动支架 ，15 m处 应为固定支架，但是安装人员在时将 15 m处 的固定支架与 22 m处 的活动支架装反；而管道支 架数量符合设计要求。 4 冷箱内优化及防范措施 要求施工人员将支架按照设计图纸施工，更换 V3阀进 口缩节后氩弧焊接 ，重新经 X光拍片检查 合格；仔细核对塔内管架、阀架。同时，采取了部 分优化措施 ：①阀门的抱箍由圆钢改为钢带，即由 点接触改为面接触 ，防止气流冲击管道产生振动时 管道外表面受损 ；② 阀架 的 “牛腿”角钢型号 由 40 mm x 40 mm改为 50 mm x 50 mm，将点焊改为 面焊 ，使阀架更加牢固、可靠。过冷器封头漏点补 焊后再次开车 ，空分设备运行正常。 为了避免再次发生同类故障，应采取以下防范 措施 ：①设计单位应充分考虑管道支架对管道变形 的影响，软件计算和实际结合，不断优化，支架的 数量、位置应明确；②建设方、监理方和施工方应 仔细核对 ，尤其是支架 、阀架、阀门阀口和缩节处 的焊缝质量以及液空、液氮进上塔等液体管线 ，对 照图纸仔细检查。 参考文献 ： [1]张斌 ，周家建 ．空分设 备冷箱 内管道变 形和 防范措施 [M]．∥边瑾．深冷技术 ：专题综述．杭州：杭州出 版社 ，2007：51-53． · 9 ·