林洪俊，周曉龍，王輝，孫來寶

(中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島 266071)

加氫工藝是近年來石油化工行業(yè)大量采用的原油加工工藝。加氫裝置為臨氫工況，其中油氣、氫氣介質(zhì)都具有易燃易爆特性，尤其是氫氣的爆炸等級(jí)很高。柴油加氫、蠟油加氫、渣油加氫等加氫裝置操作壓力高、溫度高，極容易導(dǎo)致管道、設(shè)備泄漏，后果非常嚴(yán)重[1]。加氫裝置由開工前的冷態(tài)到正常生產(chǎn)時(shí)的熱態(tài)，或由正常生產(chǎn)時(shí)的熱態(tài)到停工時(shí)的冷態(tài)，因?yàn)闊崦浝淇s，工藝管道會(huì)產(chǎn)生較大的位移，工藝設(shè)備高度會(huì)發(fā)生較大變化，這些變化會(huì)牽拉與之連接的儀表引壓管路以及測(cè)量?jī)x表。因此，加氫裝置工況對(duì)儀表引壓管路和安裝影響非常大，如果儀表引壓管路和安裝連接不能自動(dòng)消除這些不利影響，引壓管路引線會(huì)發(fā)生斷裂，儀表過程接口會(huì)被拉開導(dǎo)致泄漏，不僅影響正常生產(chǎn)，還會(huì)導(dǎo)致泄漏的高壓高溫介質(zhì)傷人，遇火發(fā)生爆炸?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況也證明了這點(diǎn)，有的加氫裝置引壓管斷裂，管閥件接口處被拉裂[2]；較常見的是高溫高壓管道上安裝流量測(cè)量孔板，其引壓管根部、差壓變送器過程接口處都容易發(fā)生泄漏。

筆者長(zhǎng)期從事加氫裝置設(shè)計(jì)，對(duì)此做了長(zhǎng)時(shí)間的研究、學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐?，F(xiàn)將相關(guān)認(rèn)識(shí)、技術(shù)方案、實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)分享，以供參考。

1 引壓管路選擇

儀表引壓管與工藝管道或設(shè)備相通，與介質(zhì)直接接觸，是儀表安裝中使用最多、工況復(fù)雜、技術(shù)要求很高、設(shè)計(jì)方案比較復(fù)雜的一種管道。高壓加氫裝置具有臨氫、高壓、高溫、高H2S腐蝕的特點(diǎn)，其儀表引壓管規(guī)格、材質(zhì)及安裝方式的選擇對(duì)于儀表及裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行尤其重要。

由于儀表引壓管直接接觸工藝介質(zhì)，應(yīng)選用流體輸送用的無縫鋼管，應(yīng)按被測(cè)介質(zhì)的化學(xué)和物理性質(zhì)、溫度、壓力和所處外界環(huán)境等因素綜合考慮材質(zhì)的選擇[3]，且不應(yīng)低于所在的工藝管道材質(zhì)。高壓加氫工藝過程中，具有高H2S特性，對(duì)于含H2S的介質(zhì)，引壓管材料應(yīng)選擇耐H2S腐蝕材質(zhì)，滿足NACE MR 0103的要求[4-5]。儀表引壓管材質(zhì)一般為316不銹鋼，當(dāng)操作溫度高于290 ℃ 且含氫氣、H2S濃度較高的場(chǎng)合，引壓管材質(zhì)首選321不銹鋼，321不銹鋼是Ni-Cr-Mo型奧氏體不銹鋼，其性能與316不銹鋼非常相似，但是由于加入了金屬鈦，使其具有了更好的耐晶界腐蝕性及高溫強(qiáng)度，可適用于649 ℃的含氫、H2S濃度較高的高溫高壓場(chǎng)合。

無縫鋼管分為Tube和Pipe系列管。Tube管規(guī)格用外徑和壁厚值區(qū)分，Pipe管用壁厚代碼和公稱通徑區(qū)分。一般場(chǎng)合，儀表引壓管管徑小，外徑通常采用φ14 mm或更小規(guī)格；管閥件之間采用卡套連接，或螺紋、焊接連接，注重外徑的精確度，以保證管閥件各部分密切配合，防漏耐壓，因此，儀表引壓管通常采用Tube系列管。高壓加氫場(chǎng)合，因?yàn)閴毫Ω?，引壓管不僅要求耐內(nèi)在工藝高壓，還要求耐外在機(jī)械力,所以要求引壓管管徑不能過小，要適當(dāng)增大；管徑增大后不再適合卡套連接，也不再注重外徑的精確度。此時(shí)采用Tube管已經(jīng)沒有明顯優(yōu)勢(shì)，而Pipe管同樣具有耐壓性能好、抗彎折、耐拉裂的特點(diǎn)，而且與工藝管線規(guī)格一致，減少了材料品種，工程性及通用性強(qiáng)，因此在高壓加氫場(chǎng)合儀表引壓管建議采用DN20的Pipe管。

采用Pipe管，高壓加氫場(chǎng)合儀表引壓管的管閥件之間不應(yīng)再采用卡套方式連接，采用焊接方式連接。焊接連接分為對(duì)焊和承插焊。相比承插焊連接，管閥件之間對(duì)焊連接方式可直接焊接，焊口少，對(duì)焊的焊縫強(qiáng)度、受力狀況等優(yōu)于承插焊。但是，如果引壓管管徑小，壁厚小，對(duì)焊連接不便時(shí)宜采用承插焊。

根據(jù)以上儀表引壓管選擇原則，同時(shí)為減少安裝材料品種、規(guī)格，在高壓加氫裝置設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)管道壓力等級(jí)不大于Class600時(shí)，儀表引壓管線建議統(tǒng)一采用φ14 mm×2 Tube 316不銹鋼無縫鋼管，連接方式為承插焊；管道壓力等級(jí)不小于Class900時(shí)，從減少儀表管閥件規(guī)格角度考慮，儀表引壓管線建議統(tǒng)一采用DN20 XXS Pipe 321不銹鋼無縫鋼管，連接方式為對(duì)焊。

2 儀表管閥件配置

2.1 儀表管閥件選擇原則

儀表測(cè)量管路中所用閥門的壓力等級(jí)和材質(zhì)原則上不低于工藝管道的等級(jí)和材質(zhì)，與測(cè)量引壓管線材質(zhì)相匹配，通常選用截止閥，截止閥通過改變流體通道的截面積，可嚴(yán)密截?cái)嘟橘|(zhì)，也可調(diào)節(jié)壓力傳導(dǎo)阻尼，有利于儀表安全、穩(wěn)定測(cè)量，也是儀表測(cè)量管路中最常見的閥門之一[6]。

2.2 低壓管路

當(dāng)管道壓力等級(jí)不大于Class600時(shí)，儀表測(cè)量引線根部閥選用承插焊截止閥；放空閥、排凝閥也采用承插焊截止閥；對(duì)于差壓變送器，一般隨差壓變送器成套配置一體化三閥組，材質(zhì)最低為316不銹鋼。

2.3 高壓管路

2.3.1 儀表閥門形式

管道壓力等級(jí)不小于Class900時(shí)，為避免閥門內(nèi)漏，影響運(yùn)行與維護(hù)，根部閥、排污閥、放空閥按雙閥設(shè)置，閥型為截止閥。為減小2個(gè)獨(dú)立單閥安裝所需的較大空間，減少焊接易漏點(diǎn)，建議采用一體化雙閥(含雙閥芯)，如圖1所示。為了保證焊接質(zhì)量和閥門的性能，雙閥在制造時(shí)兩端宜各焊接配帶100 mm的一體短管(DN20，XXS，BW)。

圖1 高壓一體化雙閥示意

高壓引壓Pipe管與常規(guī)的整體三閥組接口不匹配，因此不建議采用整體三閥組形式。

為實(shí)現(xiàn)三閥組功能，應(yīng)采用3個(gè)高壓對(duì)焊截止閥組合實(shí)現(xiàn)三閥組功能，如圖2所示。

圖2 管道壓力等級(jí)不小于Class900儀表管閥件安裝示意

2.3.2 儀表閥門材質(zhì)

高壓放空閥、排污閥材質(zhì)采用321不銹鋼；根部一體式雙閥含配帶的短管材質(zhì)應(yīng)與工藝管道一致。

2.3.3 儀表閥門管路連接

為避免異種鋼焊接，根部一體式雙閥之后采用法蘭轉(zhuǎn)接。轉(zhuǎn)接法蘭后與采用321不銹鋼的DN20 XXS Pipe引壓管連接，通過3個(gè)高壓對(duì)焊截止閥組成的三閥組之后，經(jīng)終端活接頭進(jìn)入變送器。需要注意的是： 為防止差壓變送器正負(fù)引壓口間距過窄，空間受限，導(dǎo)致DN20引壓管引入時(shí)碰撞，活接頭難以擰緊，建議引壓管管徑在進(jìn)入終端活接頭之前由DN20縮至DN15。

2.3.4 儀表高壓終端活接頭選擇

從取源點(diǎn)到變送器，整條儀表引壓管管路以焊接為主，但是在接入變送器時(shí)要通過終端活接頭，活接頭成為管路密封性能的薄弱環(huán)節(jié)。因此，變送器的活接頭配置成為了制約變送器是否泄漏的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，變送器活接頭主要有兩種： 一種是壓墊式，即通過壓墊擠壓密封；另一種為球面密封活接頭，即通過球面硬密封實(shí)現(xiàn)密封。

目前，國內(nèi)市場(chǎng)球面金屬密封加工質(zhì)量難以保證，且現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)不善易造成球面密封表面劃痕，導(dǎo)致球面密封接頭密封效果降低，因此建議采用壓墊式活接頭。

壓墊式活接頭的壓墊主要有： 聚四氟乙烯墊、銅墊、316不銹鋼纏繞石墨墊三種，聚四氟乙烯墊片密封效果最佳，但是耐高溫效果較差；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來看，高壓高溫場(chǎng)合以銅墊、316不銹鋼纏繞石墨墊選擇為主。但是，銅墊片表面易氧化，氧化層對(duì)壓墊密封效果影響較大，安裝時(shí)需在現(xiàn)場(chǎng)將銅墊片表面打磨光滑，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工要求較高。因此，建議選用316不銹鋼纏繞石墨墊墊片，厚度保證1.5 mm以上。尤其在高壓加氫裝置氣體密封測(cè)試前，應(yīng)采用專用扳手，保證活接頭螺紋充分?jǐn)Q緊，壓墊壓緊到位。

3 高壓差壓及壓力變送器安裝

加氫裝置高溫工藝管線及設(shè)備，由開工前的冷態(tài)到開工后的熱態(tài)，由于熱脹冷縮，導(dǎo)致工藝管線發(fā)生較大位移，工藝設(shè)備高度發(fā)生較大變化。然而，變送器卻固定于位置保持不變的平臺(tái)或地面，這將導(dǎo)致變送器與設(shè)備、工藝管線之間的牽拉。測(cè)量引線為管徑、壁厚較大，剛性較強(qiáng)，吸收應(yīng)力變化較弱的Pipe管，因此，變送器終端活接頭易被拉開，這是測(cè)量管路的薄弱點(diǎn)；其次是孔板取源點(diǎn)處易拉開，造成測(cè)量介質(zhì)泄漏。要解決該問題，只有通過變送器合理安裝來解決。如何消除應(yīng)力成為解決該問題的關(guān)鍵，目前采用的方案有以下幾種：

1)變送器安裝支架底座不固定。采用該種方案會(huì)導(dǎo)致變送器移動(dòng)自由度過大，對(duì)變送器終端活接頭處造成應(yīng)力，可能拉開并泄漏。

2)變送器支架底座有限約束。讓變送器在上、下、左、右各個(gè)維度都有一定的活動(dòng)自由度，消化工藝管線、工藝設(shè)備牽拉引力，減緩振動(dòng)影響。自由度的大小根據(jù)工藝管道、設(shè)備的膨脹量調(diào)整。高壓差壓/壓力變送器非固定式安裝方式如圖3所示，安裝材料及規(guī)格見表1所列。

圖3 高壓差壓/壓力變送器非固定式安裝方式示意

表1 安裝材料及規(guī)格

4 結(jié)束語

加氫裝置高溫、高壓、臨氫、腐蝕的工況對(duì)儀表測(cè)量引壓管路類型、連接方式、材質(zhì)等提出了特殊要求，必須全面考慮這些因素的影響，有針對(duì)性地選擇解決方案，才能保證裝置安全可靠性。本文針對(duì)高壓加氫裝置，從引壓管選擇、管閥件配置、變送器安裝等幾方面做了分析，介紹了設(shè)計(jì)、使用經(jīng)驗(yàn)，為同類工程設(shè)計(jì)提供參考。