天然气加热炉盘管安全评价.pdf

天然气加热炉盘管安全评价 董保胜1 ，陈志昕1 ，罗金恒1 ，赵新伟1 ，陈宏达1 ，葛明君1 ，曾新定2 1 ．中国石油天然气集团公司管材研究所，陕西西安7 1 0 0 6 5 ； 2 ．青海油田管道输油处，青海格尔木8 1 6 0 0 0 摘要某天然气加热炉盘管经检测含多处腐蚀缺陷，用A P I5 7 9 2 0 0 0 中的体积型缺陷评价方法 对其进行了安全评价。评价结果表明临界腐蚀深度为4 ．8 1 4m m ，所有检测到的腐蚀缺陷均可接 受，盘管极限压力为3 0 ．8 2M P a ，检测周期为4 ．0 8 年。 关键词加热炉；盘管；安全评价 中图分类号T Q 0 5 4 ；T Q 0 5 0 ．7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 0 8 0 5 0 0 5 1 一0 3 S a f e t yA s s e s s m e n to fC o i l e dT u b ei nH e a t i n gF u r n a c ef o rN a t u r a lG a s D O N GB a o s h e n 9 1 ，C H E NZ h i x i n l ，L U OJ i n h e n g ‘，Z H A OX i n w e i l ， C H E NH o n g d a l ，G EM i n g j u n l ，Z E N GX i n d i n 9 2 1 ．T u b u l a rG o o d sR e s e a r c hC e n t e ro fC N P C ，X i h n ，7 1 0 0 6 5 ，C h i n a ；2 ．P i p e l i n eO i l t r a n s m i t t i n gD e p a r t m e n to fQ i n g h a iO i l f i e l d ，G e r m u816 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t M u e hc o r r o s i o nd e f e c tw e r ef o u n db yd e t e c t i o ni nac o i l e dt u b eo fh e a t i n gf u m a c ef o rn a t u r a l g a s ．T h ec o i l e dt u b ew e r ee v a l u a t e dw i t hl e v e l1a s s e s s m e n tp r o c e d u r e so fac o m p o n e n tw i t hl o c a lm e t a l l o s s o fA P I5 7 9 2 0 0 0 ．T h ea s s e s s m e n tr e s u l t ss h o wt h a t t h ec r i t i c a ld e p t ho fc o r r o s i o nd e f e c ti s4 ．81 4 m m ，a n da l lo ft h ec o r r o s i o nd e f e c ta r ea c c e p t e du n d e rc u r r e n to p e r a t i o ns t a t e ，t h ec r i t i c a lo p e r a t i o np r e s - s u r eo fc o i l e dt u b ei s3 0 ．8 2M P a ，t h ed e t e c t i n gi o t e r v a lo fc o i l e dt u b ei s4 ．0 8y e a r ． K e yw o r d s h e a t i n gf u r n a c e ；c o i l e dt u b e ；s a f e t ya s s e s s m e n t 1 概述 加热炉是天然气集输中的加热设备，用于天然 气节流降压前的加热，防止天然气管线中产生水化 物。火筒式加热炉分水套炉和火筒炉两种炉型，当 被加热介质为天然气时，常选用卧式常压水套炉。 卧式常压水套炉以天然气作为燃料，采用清水作为 加热介质，天然气燃烧后，将热能传导给火筒，火筒、 烟管向周围的水散热，使水升温，热水再向浸在其中 的盘管传热，从而加热盘管中的天然气，完成热量交 换。天然气加热炉在运行过程中，盘管处于高温、高 压服役环境中，其安全状况直接关系到加热炉的安 全平稳运行。 某天然气加热炉选用卧式常压水套炉，已运行 多年，经检测，发现盘管含多处腐蚀缺陷，用A P I5 7 9 中的体积型缺陷评价方法对盘管剩余强度进行了评 价，预测了检测周期，并对设备安全平稳运行提出了 建议。 2 缺陷检测 5 l 万方数据 C P V T天然气加热炉盘管安全评价 V 0 1 2 5 ．N 0 52 0 0 8 该天然气加热炉1 9 9 9 年1 1 月出厂，盘管规格 为0 7 6m m 1 0m m ，材质为2 0G ，盘管工作压力为 2 5M P a ，工作温度为9 l ℃。 经检测，发现盘管外壁有严重结垢现象，去掉垢 层后，呈现出严重腐蚀状况，其形态呈孤立的蚀坑或 片状的蚀坑群，典型的腐蚀缺陷形貌见图1 和图2 。 盘管内壁未发现严重缺陷，只存在较轻的均匀腐蚀。 图1 典型蚀坑 图2 典型蚀坑群 腐蚀检测数据见表1 。 表1 腐蚀检测数据 盘管缺陷 缺陷尺寸 长度宽度深度 编号编号 m m m m m m 1 1 。 4 5 3 0 2 ．5 第一根 1 2 。3 5 5 5 3 3 1 。0 1 0 3 第三根 3 2 4 8 2 0 2 4 1 45 0 2 0 2 ．5 4 2 。4 0 2 0 2 ．O 第四根 4 3 6 5 1 5 2 ．5 4 4 1 5 2 5 2 ．4 4 5 ’1 0 2 0 3 3 安全评价 3 ．1 评价思路 A P I5 7 9E 1 1 和A S M EB 3 1G [ 2 1 均可对体积型缺陷 进行评价，A P I5 7 9 可方便地给出临界缺陷尺寸，文 中采用A P I5 7 9 中的方法。A P I5 7 9 采用图3 所示 的评估曲线进行评价，只要计算出A 和R 。的值并在 图3 中标出相应的点，便可知缺陷在当前工况下是 否可以接受。 图3 体积型缺陷评估曲线 图3 中的评估曲线方程为 f R t2 0 2 A ≤0 3 4 。7 5 k 砜一等 1 ．o 一警 - l I R , 0 ．8 8 5 A 蠹丢⋯i o ．0 式中 R 。剩余壁厚比，R 。t , n m _ - 一F C A f 一最小测量壁厚，m m t r a i n 最小要求壁厚，m m F c A 未来腐蚀裕量，m m R s 凡许用剩余强度因子，取0 ．9 A 壳体参数，A 罂 ／眈“。 s 缺陷轴向长度，m m D 管道内径，m m 托傅立叶因子，M 。 , ／1 0 ．4 8 A 2 将A P I5 7 9 中相应的最小要求壁厚t 。i 。的计算 公式代入到式 1 中，便可得到缺陷深度和缺陷长 度的关系，如式 2 所示。 万方数据 第2 5 卷第5 期压力 容 器总第1 8 6 期 t r ；刁号兰{ 姜‰A ≤o ．3 4 7 5惦卜i 而丽南渤腱0 ．3 4 7 5 扣吒肾j 汴蒜√而0 ．3 4 7 5 泳1 0 ．0 2 ． A ． 、’ ，0 ．8 8 5 P R t 忙卜而而j 濡司面氨西 式中A 一中间变鲋 等 缺陷深度，m m f 管道壁厚，m m P 管道内压，M P a 尺管道内径，m m [ 盯] 材料许用应力，M P a 西焊缝系数 将式 2 绘制成图4 所示的缺陷临界深度和缺 陷长度的关系曲线，标出实测到的某一缺陷长度和 深度所构成的评估点，根据评估点落在可接受区还 是不可接受区，便可方便地获知缺陷在当前工况下 是否可以接受。对不可接受的评估点，根据缺陷状 况可计算出管道能承受的最大工作压力；若所有缺 陷均能接受，除图4 曲线给出的腐蚀缺陷临界尺寸 外，还可进一步计算出管道能承受的极限压力，并根 据管道使用时间和腐蚀状况预测下次检测周期。 言 旦 赵 聪 证 图4 临界缺陷尺寸评价结果 3 ．2 剩余强度评价 3 ．2 ．1 力学性能试验 根据安全评价工作需要，进行了母材拉伸和夏 比V 型冲击试验。拉伸试样按G B ／T2 2 8 - - 2 0 0 2 规 定取纵向圆棒形拉伸试样，冲击试样取纵向7 ．5m m 1 0m m 5 5m m 规格试样。试验结果见表2 ，3 。 由表2 和表3 可见，母材拉伸和冲击试验结果 均符合标准要求。 表2 拉伸试验结果 ＼项目抗拉强度屈服强度伸长率 部位＼ M P a M P a ％ l4 6 53 1 53 9 ．O 母材纵向 24 6 53 3 54 1 ．0 34 6 53 1 54 0 ．0 G B5 31 0 一1 9 9 54 1 0 5 5 0≥2 4 5≥2 4 表3 夏比V 型冲击试验结果 ＼项目冲击功剪切面积 部位＼ J ％ 1 1 9 1 4 8 ．7 5 1 0 0 母材纵向室温1 2 2 1 5 2 ．5 1 0 0 1 2 6 1 5 7 ．5 1 0 0 9 8 ．0 1 2 2 ．5 8 0 母材纵向 一2 0 ℃ 8 8 ．0 f 1 1 0 7 0 8 4 ．0 1 0 5 6 5 G B5 3 1 0 9 9 5≥3 5 注括号内的数值为换算成全尺寸试样的冲击功值。 3 ．2 ．2 评价参数 材料抗拉强度取实测最低值4 6 5M P a ，材料屈 服强度取实测最低值3 1 5M P a ，许用应力按G B 1 5 0 - - 1 9 9 8 [ 33 规定取盯6 ／3 ．0 和o r ，／1 ．6 二者的较小 值，载荷取设计内压P 2 5M P a ，盘管外径和壁厚分 别取实测值D 7 6m m 、t 1 0m m ，盘管出厂时及本 次检测均进行了1 0 0 ％超声波探伤检测，焊缝系数 取1 ，未来腐蚀裕量取0 ，缺陷尺寸见表1 。 3 ．2 ．3 剩余强度评价结果 1 临界缺陷尺寸 经评价，盘管临界腐蚀深度为4 ．8 1 4m m ，见图 4 。按A P I5 7 9 规定，剩余壁厚小于或等于2m m 的 缺陷不必评价，必须维修。由图4 可见，所检测到的 缺陷尺寸都落在临界缺陷尺寸曲线以下，可见在设 计内压P 2 5M P a 下，检测到的腐蚀缺陷均可以接 受。但实际运行中要注意加强监控，防止腐蚀缺陷 进一步长大。 2 极限压力 A P I5 7 9 用式 3 计算含体积型缺陷管道能承 受的极限压力。 M A W P 。 i 4 , 瓦[ o r ] t o o 3 式中M A W P 6 含体积型缺陷管道能承受的极 限压力，M P a R c R t f 。 F C A ，m m 其余参数如前所示。 取腐蚀深度最严重的缺陷， 下转第6 4 页 5 3 万方数据 广告 上海森松压力容器有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封二 无锡肯克焊割科技有限公司 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封三 成都华远电器设备有限公司 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封底 上海日泰医药设备工程有限公司招聘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 江苏省吴江市环宇胀管器有限公司_ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 压力容器杂志社代售标准图书征订⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 北京迈通达特种设备技术咨询事务所⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 舞钢市三金物资有限责任公司⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 秦皇岛众合管业有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 山东艺能锅炉有限公司高薪诚聘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 北京欧比特仪器有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插5 江苏吴江市通达胀管器厂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插6 2 0 0 8 年中国西部 成都 国际化工展览会⋯⋯⋯⋯⋯⋯插7 威尔焊接有限责任公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插8 扬中市神通焊接设备有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插9 西安天力金属复合材料有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 0 吴江市东南焊割设备有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 1 北京中电华慢焊接工程技术有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 2 浙江合飞液化气阀门厂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 3 宜兴北海封头有限公司 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 4 南京宝泰特种材料有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 5 南京德邦金属装备工程有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 6 辽宁新华阳伟业装备制造有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 7 无锡市铭瑞焊割机械有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 8 江苏远方迪威尔容器有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插1 9 河南神州重型封头有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 0 无锡市恒通石油机械有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 l 安徽天大石油管材股份有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 2 合肥通用机械研究院 压力容器与化工装备研究工程部⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 3 合肥通用机械研究院 储运换热与石化装备工程部⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 4 囊暑I 江苏大明金属制品有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 5 新乡中联石化封头锻压有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 6 山西省石化通用锻件有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 7 江阴市龙玉锻压有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 8 郑州机械研究所焊接中心⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插2 9 斯迪工业管 佛山 有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 0 爱德森 厦门 电子有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 1 无锡市前洲西塘锻压有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 2 大连希望设备有限公司 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 3 大洋液压胀管设备制造有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 4 济宁鲁科检测器材有限公司 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 5 山东恒通膨胀节制造有限公司 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一m old 插3 6 湖北长江石化设备有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 7 上海华阳检测仪器有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 8 成都远景数控设备实业有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插3 9 无锡市阳通机械设备有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 0 无锡市阳通机械设备有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 l 伯乐蒂森 上海 贸易有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 2 2 0 0 8 第三届 北京国际钛锆铪 技术应用与装备展览会⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 3 第2 2 届中国焊接博览会⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 4 2 0 0 8 中国 广州 国际压力容器压力管道展⋯⋯⋯⋯插4 5 第二届中国 上海 国际压力容器 压力管道技术与设备展览会⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 6 沈阳三洋球罐有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 7 常熟市焊接机械厂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 8 大连顶金通用设备制造有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插4 9 杭州兄弟实业有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插5 0 南京斯迈柯特种金属装备有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插5 1 宝钛集团金属复合板公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插5 2 江苏中圣高科技产业有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插5 3 无锡昌华机电制造有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯插5 4 上接第5 3 页 按实测材料性能最低值进行评价， 经计算，盘管所能承受的极限压力为M A W P 6 3 0 ．8 2M P a 。 3 ．3 检测周期预测 该设备使用时间为1 9 9 9 年1 1 月至．2 0 0 6 年8 月，盘管最大腐蚀深度3m m ，则年平均腐蚀速率为 舻赢却4 4 4 m ∥年 由计算得到的临界腐蚀深度4 ．8 1 4m m ，可得检 测周期为 丁 等等“0 8 年 亦即4 ．0 8 年后应对盘管进行一次全面检修。 4 结语 文中利用A P I5 7 9 中的局部腐蚀缺陷评价方 ．6 4 法，评价了含腐蚀缺陷盘管的临界缺陷尺寸和极限 压力，并对盘管检测周期进行了预测，安全评价结论 还可以对同类设备的安全平稳运行提供有益的参 考。 参考文献 [ 1 ] A P I5 7 9 - - 2 0 0 0 ，F i t n e s sf o rS e r v i c e [ S ] ． [ 2 ] A S M EB 3 1 G 一1 9 9 1 ，M a n u a lf o rD e t e r m i n i n gt h e ．R e m a i n i n gS t r e n g t ho fC o r r o d e dP i p e l i n e s [ s ] ． [ 3 ] G B1 5 0 - - 1 9 9 8 ，钢制压力容器[ S ] ． 收稿日期2 0 0 8 - 0 3 3 1修稿日期2 0 0 8 0 5 1 2 作者简介董保胜 1 9 7 0 一 ，男，工程师，在中国石油天然气 集团公司管材研究所从事压力容器、大型储罐和油气输送管 道的安全评价工作，通讯地址陕西省西安市电子二路3 2 号。 万方数据