重叠式重整反应器
在操作运行一段时间后，许多反应器的油气进出口法兰出现不同程度的泄漏，不得不采取打临时夹套、增设蒸汽盘管降温稀释等应急措施带病运行；若处理不当，甚至可能发生火灾。因此解决法兰泄漏问题，迫在眉睫。
01PART
重整反应器基本工艺参数重整反应器的主要反应脱氢、异构化和环化反应均为临氢吸热反应，入口温度高，出口温度低。反应器示意图见图1，基本工艺参数如表1所示。
图1 重叠式重整反应器示意图
表1 反应器基本工艺参数
02PART
法兰泄漏原因分析法兰密封失效泄漏通常是由多方面原因造成的（图2），如长期服役在高温工况下的蠕变和应力松弛、开停车工况下的高低温交变、操作参数异常波动、法兰变形、垫片质量缺陷、密封面损坏、螺栓预紧力不足、安装不当和维护不利等；上述因素都会使密封垫片的实际工作密封应力衰减或补偿位移不足，从而导致法兰密封失效泄漏。
图2 法兰密封失效原因
根据现场反馈和调研情况
类似连续重整反应器这样的高温临氢或高低温交变法兰密封失效泄漏，都存在一个共性问题：定力矩紧固后液压或气密试验也通过了，为什么高温下服役运行一段时间（如半年～三年）后还是泄漏？个别反应器进出口高温油气法兰的泄漏量高达20,000 - 80,000μmol/mol，有燃爆隐患。 现场调研分析发现，主要是由于下述原因导致密封垫片的实际工作密封应力衰减或补偿位移不足。
1现场安装质量保证和控制不到位不同于汽车行业的多颗螺栓数控全自动同步紧固到规定值，石化现场安装施工法兰螺栓只能单颗序贯多轮次定力矩紧固。对于大口径高温高压油气法兰，螺栓通常多达24 ~ 48 颗（按ASME PCC-1- 2019最多可达68颗）。螺栓越多，现场安装质量保证和各颗螺栓实际扭矩的一致性控制就越难；特别是石化行业为了降本，允许旧螺栓人工筛选、清洗、润滑和复用，每颗螺栓的摩擦系数都可能不一样且同一法兰所使用螺栓的大的和最小摩擦系数可能差异很大，加之施工现场有的螺栓安装工位十分刁钻，即使使用上等的液压拉伸器（扭矩准确度80 ~ 90%），在法兰轴线对中和法兰面平行度都满足技术规范的条件下，同一法兰大的与最小螺栓扭矩可能相差20%，而法兰密封定力矩紧固设计载荷上下限/阈值通常为40 ~ 70%（常温）屈服强度。要满足设计要求，现场安装的实际载荷应该控制在50~60%，才可能在“纸面”上保证同一法兰的所有螺栓定扭载荷10满足设计阈值——这太难了，超出了现有的安装工艺技术水平；因此，现场变通的办法是“望大”，即控制定扭载荷在50-80%之间。
2高温蠕变导致应力松弛和垫片回弹性下降"望大"控制，对于高温油气大口径法兰密封就不“友好”了。
高温油气法兰，必然存在材料蠕变，垫片回弹性能下降，螺栓应力松弛，垫片工作密封力下降。从表2可以看到，常温下的预紧力(应力)对螺栓材料的蠕变存在非常大的影响。如果在高温下保持常温下的预紧力，则需要在较短的时间间隔内再次拧紧螺栓。预紧应力处于80MPa时 ，若 要求 应 力 下 降 10％就拧紧的话 ，其时间间隔约为10个月（7250小时）；常温预紧应力为 80MPa时，实际应力可能高达88MPa，高温下服役运行3年，螺栓轴向应力会下降20%以上。由于目前定扭管理（即使抽查）只记录每个法兰螺栓扭矩的大值和最小值，而且定扭力矩的设计公差是±10%；因此，高温油气法兰在4 ~ 6年的大修周期内，必须热紧至少1~2次，否则泄漏的概率很大。表2 螺栓轴向应力随初始预紧力降低不同幅度所需时间t ✖ 10000/h
3管系附加载荷和支吊架施工缺陷除压力载荷外，法兰接头还要承受外部管线的附加拉、压或弯矩载荷，这也是影响法兰接头性能的一个重要因素。在工程上通常采用当量设计压力法来考虑外部管线载荷对法兰的影响。由于平面布置的需要，重叠式重整反应器的油气进出口往往集中布置在反应器靠近加热炉一侧，而多条管线对法兰的联合作用无法准确计算，以致上述所得法兰当量设计压力可能偏低，影响法兰预紧力选择。另外，从现场观察来看，管线支吊架施工偏差或质量不佳，使其无法正常工作，法兰所承受的管线实际外载荷远远偏离设计值。
管系设计或施工安装缺陷，当高温油气法兰升温至操作工况并长期运行时，管系附加弯矩或载荷，可能压溃SWG缠绕垫或使缠绕垫密封材料失去回弹性，管系法兰推力不足可能使CSG石墨密封垫片与法兰密封面局部丧失正的接触应力；这些都可能导致法兰密封失效泄漏。03PART
对策
1提高法兰密封设计、选型和现场安装质量
充分考虑外部管线载荷叠加、螺栓应力松弛、垫片高温回弹性能下降和材料蠕变等不利因素，提高法兰刚度或磅级1~2级，选用抗蠕变、抗高低温交变、无压溃风险和回弹性能优异的垫片，选用抗蠕变和应力松弛性能优异的螺栓。
提升定力矩紧固质量保证和控制水平，尽量避免在施工现场分选和润滑旧螺栓（返厂“再制造、再验收”）。
纠正管线支吊架施工偏差，使其能正常工作，可降低管线附加载荷。
2高风险不可达法兰密封状态在线监控
塔顶、罐顶或保温层下高温油气或高毒剧毒介质法兰密封点状态在线连续监测。
基于密封点状态在线连续监测和泄漏趋势预测结果识别热紧时机，实施预测性维护。
#智慧工业
——泄漏在线监测预防系统
加强风险防控，及早发现泄漏
实现预测性维护，降低作业风险，减少非计划停车
