催裂化装置波纹管膨胀节腐蚀破坏分析与设计改进

波纹管膨胀节作为一种良好的变形补偿设备，目前在炼油厂催化裂化装置(FCCU)、重油催化裂化装置(RFCCU)及加氢等装置中被广泛应用。但近年来，随着油品性质与加工深度的改变，这些装置中奥氏体不锈钢制作的波纹管均多次发生破裂穿孔现象，使生产无法正常进行，给企业造成巨大的经济损失。在国内外炼油厂FCCU中，发生腐蚀破坏最多的是提升管反应器以及烟机与油气入口线上的膨胀节，对RFCCU，主要发生在高温取热炉和三旋入口处的膨胀节，对加氢装置，主要发生在蒸汽线上的膨胀节。

1、运行调查及腐蚀失效原因分析

介质中的油品中硫含量较高，催化剂与蒸汽中含有一些具有腐蚀性的Cl离子，对膨胀节裂口内壁垢样进行X射线能谱分析及裂纹晶像组织分析，得出：①膨胀节腐蚀主要是由于腐蚀性硫化物、Cl－、H2O与应力的存在，及其联合作用的结果。②316、316l系列的奥氏体不锈钢不耐湿态硫化物与应力共存的环境。

2、膨胀节的设计与改进

1）调整结构降低应力波纹管应力主要集中在波峰与波谷处，采用双层结构，应适当减小壁厚，并采用多波段结构和U型膨胀节曲率半径大的波形，减少应力集中，显著降低膨胀节波峰与波谷的工作应力值。对大直径膨胀节，其壁厚也不宜太薄，最好是1～1.5mm，以免波纹管被腐蚀穿透。

2）隔离层改进为了降低波纹管的工作温度，通常需要在膨胀节导流筒与波纹管之间填充纤维棉进行隔热。但原纤维棉含氯，容易填充至波谷之间，在某些条件下，充当腐蚀性物质与水的载体，造成腐蚀加剧。为此，将其设计为多层隔离型，选用不含氯的陶瓷纤维毡，采用不锈钢薄板或网，将其完全与波纹管隔离，既避免纤维毡本身接触波纹管造成腐蚀，又阻止运行介质中腐蚀性物质接触或积聚于波纹管边缘而造成腐蚀。

3）增加密封圈在导流筒与波纹管开口处增加密封圈，可以阻止腐蚀介质入侵。对于密封圈，由于介质温度较高，需选用可耐1000℃高温的碳纤维复合材料专门制作。

4）介质流向和耐火层与导流筒结构调整将膨胀节安装方向定为所示方向，而介质流向末端的结构由直角方形改为流线斜型，则有利于介质的流动，减少其停歇与积累，降低腐蚀。

5）增加外部保温套在波纹管外部增加保温套，可以延长停工时波纹管在露点温度以上的时间，保持开工期间波纹管内的温度在酸的露点以上，减小腐蚀性介质在此处凝结，另外还可以使波纹管承受缓慢的温度变化，减少温变应力的产生幅度，从而减轻腐蚀。为满足波纹管移动的需要，保温套最好装在保温罩上，与波纹管应有足够的间隙，以上结构说明见下图：

3、膨胀节材质选择

纵观膨胀节腐蚀，大多为氯离子及连多硫酸引起的孔蚀。而通常，奥氏体不锈钢均具有连多硫酸SSCC的倾向，并且在Cl－环境下还极易产生穿晶型。炼油厂膨胀节材质的耐蚀选择，除了要求稳定化处理，在700℃长期高温下能抗H2S和Cl-的腐蚀以及冷至室温后抗连多硫酸的腐蚀之外，同时还要具备抗蠕变失稳以及疲劳破坏的能力。

4、改善运行介质环境

避免腐蚀介质在波纹管附近的积存与停留，确保波纹管干净与干燥，可降低腐蚀。为此，在装置停工时，通入冷却蒸汽应由小到大，当膨胀节表面温度至400℃时立即停止。停工后，再用压缩风或氮气吹扫冷却膨胀节和清洗处理，去除腐蚀性介质。

5、优化设计

膨胀节的设计，现一般采用美国《EJMA》规定的试算法，按此方法得出的结果，实际上其最大许用压力和寿命可能比设计值大许多而造成浪费。若采用优化设计，在膨胀节的耐腐蚀设计中，，利用优化软件，确定最佳设计方案。

6、正确安装与吊装

膨胀节的安装正确与否，对其疲劳寿命和管道系统的质量影响很大。对复式膨胀节，尤其是水平布置的，应先安装好固定支架，避免波纹管承受中间段质量，而产生剪切力。膨胀节吊装时应缓吊，不允许吊装前拆松装运螺栓。

炼油厂中的膨胀节破坏失效,主要原因是硫化物及氯与各种应力的联合作用引起的SSCC。在膨胀节的设计中，通过对膨胀节的结构调整、材料优选、停工保护、合理制造、正确安装及优化设计等项措施以后，我厂设计制造的新型膨胀节的耐蚀性能大为提高，完全可以满足生产的需要。