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高溫?zé)嵊凸芫�熱脹冷縮的危害及預(yù)防控制
摘要：延遲焦化裝置因高溫管線及設(shè)備的熱脹冷縮發(fā)生了2起高溫油泄漏事故，雖沒有造成人員傷害及著火事故但對裝置安全及長周期運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅。通過案例對裝置的熱膨脹危害進(jìn)行分析并采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施，避免類似事故發(fā)生，保證裝置安全長周期運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：熱膨脹 危害 應(yīng)力 預(yù)防控制
1、熱脹冷縮給裝置安全運(yùn)行帶來的危害
在石油化工裝置的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程中，金屬的熱脹冷縮對生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)行過程中造成的危害是必須要考慮的，設(shè)計(jì)考慮不當(dāng)或不周就會對高溫運(yùn)行設(shè)備及管線造成破壞。
延遲焦化裝置高溫管線近2000米、高溫設(shè)備18臺。在生產(chǎn)過程中，焦炭塔屬于間歇生產(chǎn)，溫度劇烈變化頻繁，在一個(gè)生焦周期焦炭塔由常溫-250℃（半小時(shí)）-320℃（4小時(shí)）-420℃（20小時(shí)）-250℃（3小時(shí)）-80℃（1.5小時(shí)）-常溫的溫度變化過程，熱脹冷縮對設(shè)備及管線的安全運(yùn)行影響較大。延遲焦化裝置因高溫管線及設(shè)備的熱脹冷縮發(fā)生了2起泄漏著火事故，雖沒有造成人員傷亡但給裝置安全及長周期運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅。
（1）2012年8月9日裝置分爐停工，在分爐過程中，焦化加熱爐緊急泄壓線與甩油線跨線馬鞍口處焊道出現(xiàn)泄漏，立即停止分爐改變分爐流程，避免了高溫渣油泄漏發(fā)生著火事故。該處焊道由于熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力集中在馬鞍口處，導(dǎo)致焊道出現(xiàn)5cm的裂紋，引起泄漏。
（2）2011年7月20日9：30，操作員發(fā)現(xiàn)分餾塔預(yù)熱閥（D108預(yù)熱油氣返塔）位置塔壁保溫內(nèi)向外冒煙，為防止泄漏嚴(yán)重著火，他立即將滅火蒸汽帶插入保溫內(nèi)并及時(shí)聯(lián)系車間技術(shù)人員及保溫隊(duì)。打開后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部著火，用蒸汽吹滅。滅火后確認(rèn)預(yù)熱閥短管與塔體連接補(bǔ)強(qiáng)圈下端焊道有約15mm的裂紋，預(yù)熱時(shí)，加強(qiáng)板下端受力導(dǎo)致裂縫增大引起泄漏。泄漏部位處于分餾塔底高溫油（380℃）段，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦泄漏著火可能引起重大火災(zāi)事故。
2、熱膨脹的計(jì)算
管道的熱膨脹是熱力管道設(shè)計(jì)計(jì)算中首先要考慮的因素。工作鋼管的熱膨脹量按下式計(jì)算：
△L=αL（t-t0）
式中：△1 管道熱膨脹量m
α 鋼材的線膨脹系數(shù)m/（m℃）
L 管道的長度m
t 管道的工作溫度℃
t0 管道的安裝溫度℃
例：DN250熱油管道，工作鋼管為φ273×7、外套鋼管φ529×6，硅酸鋁離心玻璃棉復(fù)合保溫層厚度110mm，輸送高溫?zé)嵊蛪毫?.2MPa，最高溫度380℃，管道安裝溫度20℃，求每米管道的熱膨脹量。
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》查表得鋼材的線膨脹系數(shù)α為12.9×10-6m/（m℃），代入公式
△L=12.9×10-6×1×（380-20）
= 0.00464m
即每米管道熱膨脹量為4.64mm
3、熱膨脹造成事故的原因分析
（1）焦化預(yù)熱油氣線至分餾塔（見附圖一）
A段長度為20米，通過計(jì)算最大熱膨脹為4.64×20=9.28cm。在焦炭塔預(yù)熱到最高溫度（380℃）時(shí)，實(shí)測熱膨脹距離為6cm。管線安裝在常溫下進(jìn)行，分餾塔在生產(chǎn)過程中膨脹升高A段與支架平臺的摩擦力減小導(dǎo)致A段膨脹方向向右延伸，使得閥門段管線受到向下的作用力，進(jìn)而作用到閥門段與分餾塔連接的加強(qiáng)板，使得加強(qiáng)板下部焊道處受到向內(nèi)擠壓力的作用。預(yù)熱結(jié)束后溫度降低，管線回縮到原位。塔壁加強(qiáng)版下部焊縫長期受到向內(nèi)擠壓及回縮力的作用，導(dǎo)致焊接處疲勞過度而開裂。
（2）加熱爐緊急泄壓線與甩油線跨線馬鞍口處焊道開裂（見附圖二）
AE線為緊急泄壓線、BC線為鋼管甩油線長度為30米最高溫度為300℃、A、B線相距1.2米。
通過計(jì)算最高溫度時(shí)甩油線膨脹量為：
△L=αL（t-t0）=12.9×10-6×30×（300-20） =10.8 cm
實(shí)際測量向右的膨脹距離為8cm。因此馬鞍口焊道長期受到往復(fù)應(yīng)力作用導(dǎo)致焊道開裂。
（3） 施工管理不嚴(yán)不細(xì)
在施工過程中，現(xiàn)場施工人員搶進(jìn)度，不按設(shè)計(jì)要求安裝托架或當(dāng)架，導(dǎo)致管線膨脹造成危害。2005年焦化油氣線改造，在安裝油氣線立管支架時(shí)，沒有考慮到焦炭塔在生焦過程中，會由于熱脹而升高（180cm），立管支架距鋼結(jié)構(gòu)橫梁不足100cm，在檢查過程中發(fā)現(xiàn)及時(shí)整改。
（4）設(shè)備管理存在漏洞
在日常生產(chǎn)過程中，車間雖然對裝置設(shè)備進(jìn)行了全面的檢查，但仍有部分設(shè)備、管線、管件被遺漏，在設(shè)備管理上，要求不嚴(yán)，檢查不細(xì)，沒有及時(shí)對吊架、管線支架檢修調(diào)整；對壓力管線的安全監(jiān)督不到位。
4、 熱膨脹危害的預(yù)防控制措施
（1） 對焦炭塔油氣預(yù)熱線至分餾塔（見附圖二）A段的支撐進(jìn)行調(diào)整，消除因分餾塔升高導(dǎo)致A段管線局部懸空；在現(xiàn)場管線A段東側(cè)端點(diǎn)，管線處于冷態(tài)時(shí)增加斜支撐，消除作用于塔壁的往復(fù)擠壓力。
（2） 2012年大修對焦炭塔甩油線進(jìn)行了改造，在焦炭塔7米平臺下增加了兩個(gè)U型灣，降低加熱爐緊急泄壓線與甩油線跨線東側(cè)端點(diǎn)的膨脹量，實(shí)測為2cm，大大降低了在生產(chǎn)周期內(nèi)馬鞍口焊道開裂風(fēng)險(xiǎn)。
（3） 開展安全教育 提高認(rèn)識
開展調(diào)查研究，認(rèn)清現(xiàn)狀，落實(shí)各級崗位安全責(zé)任。充分發(fā)揮電化教育可視性強(qiáng)、教育面廣的優(yōu)勢，提高職工對熱膨脹危害的認(rèn)識。定期舉辦材料知識講座，給職工講解熱膨脹對設(shè)備、管線造成的危害及防護(hù)措施。讓每位職工都明白自己工作的職責(zé)，全員參與，共同維護(hù)好設(shè)備，為裝置安全、長周期運(yùn)行打下基礎(chǔ)。
（4） 把好設(shè)計(jì)的源頭 確保設(shè)備的本質(zhì)安全
煉油、化工行業(yè)是一個(gè)充滿易燃、易爆物質(zhì)的行業(yè)，因此對設(shè)備的材質(zhì)、幾何參數(shù)等要求都非常嚴(yán)格，容不得半點(diǎn)閃失。設(shè)計(jì)部門不僅要根據(jù)裝置不同的工況和介質(zhì)選定幾何參數(shù)，更重要的是還要選好材質(zhì)。在高溫高壓部位，選用相應(yīng)的膨脹系數(shù)低的材料。必要時(shí)，膨脹部位，可從設(shè)計(jì)上采取措施，增加其安全性。這是消除設(shè)備隱患、杜絕設(shè)備事故發(fā)生的首要關(guān)口。為了確保設(shè)計(jì)上的萬無一失，使用單位也應(yīng)當(dāng)對設(shè)計(jì)圖、資料進(jìn)行認(rèn)真的審查，消除設(shè)計(jì)上的漏洞。
（5） 加強(qiáng)工藝管理 嚴(yán)格工藝控制
嚴(yán)格按照工藝要求控制操作參數(shù)，防止設(shè)備管線溫度劇烈變化，導(dǎo)致膨脹加劇引起設(shè)備管線泄漏。搞好設(shè)備日常管理 消除事故隱患保證設(shè)備的安全運(yùn)行，首先要按規(guī)定做好日常維護(hù)管理工作，重大關(guān)鍵設(shè)備要落實(shí)特護(hù)管理，重要部位須重點(diǎn)監(jiān)控，同時(shí)，認(rèn)真落實(shí)日常巡回檢查制，精心搞好平穩(wěn)操作，嚴(yán)禁設(shè)備“三超”及帶病運(yùn)行；再是做好設(shè)備的預(yù)知、預(yù)測、預(yù)防工作，建立完善設(shè)備基礎(chǔ)資料和技術(shù)檔案，對壓力容器、壓力管道、安全附件等要按規(guī)定檢驗(yàn)，特別是高溫管線的吊架、支架在生產(chǎn)過程中及時(shí)調(diào)整，并定期開展設(shè)備狀況技術(shù)分析和研究，對存在的問題尤其是危及安全生產(chǎn)的隱患，要分輕重緩急，從人力、物力、資金來源等方面積極創(chuàng)造條件整改，以提高設(shè)備安全可靠度，確保安全生產(chǎn)。
（6） 嚴(yán)把工程施工質(zhì)量關(guān) 規(guī)范竣工資料
一是從材料的采購、交貨上防止出現(xiàn)差錯(cuò)，嚴(yán)格把好材料采購和交貨關(guān)，嚴(yán)格執(zhí)行代用料審批制度，保證施工不留后患；二是嚴(yán)格執(zhí)行基建工程質(zhì)量終身負(fù)責(zé)制，對所有合金鋼管線、管件實(shí)行安裝前100%檢驗(yàn)，安裝后100%檢驗(yàn)，裝置第1次大修100%檢驗(yàn)的3個(gè)100%檢驗(yàn)制度；三是安裝施工階段，為了防止制造摻假或施工單位偷工減料、誤用物料的情況出現(xiàn)，使用單位還要對設(shè)備、部件等進(jìn)行測厚、光譜分析，以確保其幾何參數(shù)和材質(zhì)種類是否符合工藝要求，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換處理；四是嚴(yán)格審查工程竣工和裝置大修交工資料，確保圖紙、參數(shù)與實(shí)際相符。
5、 結(jié) 論
熱膨脹危害嚴(yán)重威脅著企業(yè)的安全生產(chǎn)，裝置設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)面臨極大的壓力，我們要對熱膨脹危害帶來的危害給予足夠的重視，采取有效的措施，消除熱膨脹危害，為企業(yè)安穩(wěn)長滿優(yōu)生產(chǎn)創(chuàng)造一個(gè)良好的安全環(huán)境。
參考文獻(xiàn)：
[1]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》、《延遲焦化操作規(guī)程》、《石油化工施工安全技術(shù)規(guī)范》、《安全工程師務(wù)實(shí)手冊》.
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