重疊式重整反應器
在操作運行一段時間后，許多反應器的油氣進出口法蘭出現不同程度的泄漏，不得不采取打臨時夾套、增設蒸汽盤管降溫稀釋等應急措施帶病運行；若處理不當，甚至可能發生火災。因此解決法蘭泄漏問題，迫在眉睫。
01PART
重整反應器基本工藝參數重整反應器的主要反應脫氫、異構化和環化反應均為臨氫吸熱反應，入口溫度高，出口溫度低。反應器示意圖見圖1，基本工藝參數如表1所示。
圖1 重疊式重整反應器示意圖
表1 反應器基本工藝參數
02PART
法蘭泄漏原因分析法蘭密封失效泄漏通常是由多方面原因造成的（圖2），如長期服役在高溫工況下的蠕變和應力松弛、開停車工況下的高低溫交變、操作參數異常波動、法蘭變形、墊片質量缺陷、密封面損壞、螺栓預緊力不足、安裝不當和維護不利等；上述因素都會使密封墊片的實際工作密封應力衰減或補償位移不足，從而導致法蘭密封失效泄漏。
圖2 法蘭密封失效原因
根據現場反饋和調研情況
類似連續重整反應器這樣的高溫臨氫或高低溫交變法蘭密封失效泄漏，都存在一個共性問題：定力矩緊固后液壓或氣密試驗也通過了，為什么高溫下服役運行一段時間（如半年～三年）后還是泄漏？個別反應器進出口高溫油氣法蘭的泄漏量高達20,000 - 80,000μmol/mol，有燃爆隱患。 現場調研分析發現，主要是由于下述原因導致密封墊片的實際工作密封應力衰減或補償位移不足。
1現場安裝質量保證和控制不到位不同于汽車行業的多顆螺栓數控全自動同步緊固到規定值，石化現場安裝施工法蘭螺栓只能單顆序貫多輪次定力矩緊固。對于大口徑高溫高壓油氣法蘭，螺栓通常多達24 ~ 48 顆（按ASME PCC-1- 2019最多可達68顆）。螺栓越多，現場安裝質量保證和各顆螺栓實際扭矩的一致性控制就越難；特別是石化行業為了降本，允許舊螺栓人工篩選、清洗、潤滑和復用，每顆螺栓的摩擦系數都可能不一樣且同一法蘭所使用螺栓的大的和最小摩擦系數可能差異很大，加之施工現場有的螺栓安裝工位十分刁鉆，即使使用上等的液壓拉伸器（扭矩準確度80 ~ 90%），在法蘭軸線對中和法蘭面平行度都滿足技術規范的條件下，同一法蘭大的與最小螺栓扭矩可能相差20%，而法蘭密封定力矩緊固設計載荷上下限/閾值通常為40 ~ 70%（常溫）屈服強度。要滿足設計要求，現場安裝的實際載荷應該控制在50~60%，才可能在“紙面”上保證同一法蘭的所有螺栓定扭載荷10滿足設計閾值——這太難了，超出了現有的安裝工藝技術水平；因此，現場變通的辦法是“望大”，即控制定扭載荷在50-80%之間。
2高溫蠕變導致應力松弛和墊片回彈性下降"望大"控制，對于高溫油氣大口徑法蘭密封就不“友好”了。
高溫油氣法蘭，必然存在材料蠕變，墊片回彈性能下降，螺栓應力松弛，墊片工作密封力下降。從表2可以看到，常溫下的預緊力(應力)對螺栓材料的蠕變存在非常大的影響。如果在高溫下保持常溫下的預緊力，則需要在較短的時間間隔內再次擰緊螺栓。預緊應力處于80MPa時 ，若 要求 應 力 下 降 10％就擰緊的話 ，其時間間隔約為10個月（7250小時）；常溫預緊應力為 80MPa時，實際應力可能高達88MPa，高溫下服役運行3年，螺栓軸向應力會下降20%以上。由于目前定扭管理（即使抽查）只記錄每個法蘭螺栓扭矩的大值和最小值，而且定扭力矩的設計公差是±10%；因此，高溫油氣法蘭在4 ~ 6年的大修周期內，必須熱緊至少1~2次，否則泄漏的概率很大。表2 螺栓軸向應力隨初始預緊力降低不同幅度所需時間t ? 10000/h
3管系附加載荷和支吊架施工缺陷除壓力載荷外，法蘭接頭還要承受外部管線的附加拉、壓或彎矩載荷，這也是影響法蘭接頭性能的一個重要因素。在工程上通常采用當量設計壓力法來考慮外部管線載荷對法蘭的影響。由于平面布置的需要，重疊式重整反應器的油氣進出口往往集中布置在反應器靠近加熱爐一側，而多條管線對法蘭的聯合作用無法準確計算，以致上述所得法蘭當量設計壓力可能偏低，影響法蘭預緊力選擇。另外，從現場觀察來看，管線支吊架施工偏差或質量不佳，使其無法正常工作，法蘭所承受的管線實際外載荷遠遠偏離設計值。
管系設計或施工安裝缺陷，當高溫油氣法蘭升溫至操作工況并長期運行時，管系附加彎矩或載荷，可能壓潰SWG纏繞墊或使纏繞墊密封材料失去回彈性，管系法蘭推力不足可能使CSG石墨密封墊片與法蘭密封面局部喪失正的接觸應力；這些都可能導致法蘭密封失效泄漏。03PART
對策
1提高法蘭密封設計、選型和現場安裝質量
充分考慮外部管線載荷疊加、螺栓應力松弛、墊片高溫回彈性能下降和材料蠕變等不利因素，提高法蘭剛度或磅級1~2級，選用抗蠕變、抗高低溫交變、無壓潰風險和回彈性能優異的墊片，選用抗蠕變和應力松弛性能優異的螺栓。
提升定力矩緊固質量保證和控制水平，盡量避免在施工現場分選和潤滑舊螺栓（返廠“再制造、再驗收”）。
糾正管線支吊架施工偏差，使其能正常工作，可降低管線附加載荷。
2高風險不可達法蘭密封狀態在線監控
塔頂、罐頂或保溫層下高溫油氣或高毒劇毒介質法蘭密封點狀態在線連續監測。
基于密封點狀態在線連續監測和泄漏趨勢預測結果識別熱緊時機，實施預測性維護。
#智慧工業
——泄漏在線監測預防系統
加強風險防控，及早發現泄漏
實現預測性維護，降低作業風險，減少非計劃停車
