阎超凡 樊黒钦
中国石化集团中原石油工程设计有限公司
摘要: 对于大型储罐，工程设计中一般将进出口的连接方式设为柔性连接,这种连接方式可有效的缓冲储罐径向和轴向的拉应力,大幅度减少断口的产生。但在应用后期软连接点因腐蚀引起失效的现象却时有发生。本文通过对腐蚀的原因进行分析,针对性地提出了一系列减缓腐蚀穿孔的可行性建议，以在实际应用中使连接的有效性得到大幅度增强。
关键词:储罐；进出口管线；软连接；失效；对策
石油作为重要的能源，其储存和运输的安全性极为重要。其进出口安装如采用刚性连接，当泵体震动引发管体震动或罐本体发生沉降现象时，容易使连接点撕裂甚至发生脱离，从而形成断口引起泄露，存在安全隐患。为此，原油储罐采用柔性连接是配管设计中的一个主要做法，也是保证管道自身和与其相连的机械、设备安全性的有效措施，采用波形金属软管也是实现补偿油罐罐体及设备安装偏差的有效纠偏措施,在运行期间能有效地降低振动产生的噪音,从而保障储罐的安全。但在实际生产过程中，当管径较大且连接设备产生振动，或者所处地区的地震频度较高时，软管的长度会有较大增加，造成安装上的难度并带来安全上的不确定性。
1 概述
2020年2月，某油田公司一装车站凝析油罐发现收油线底部产生泄漏，拆除收油线软连接保温层后，确认为收油线软连接渗漏。由于渗漏较大，需要更换软连接，现场及时对收油线进行了阀门关断隔离，通过装车将液体卸载，降低储罐液位后对收油线软连接进行了排空后和更换，避免了泄漏的进一步发生。
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图1 更换后的软连接
2 原因分析
为了查找泄漏原因，首先进行了工况分析，从操作记录来看，操作程序符合要求，汇管压力没有明显超压和波动。为此将失效的软连接外部金属网套割除，查找失效部位，肉眼几乎观察不到明显的漏点，为此将软连接一端打盲板，灌水后发现靠近法兰处有1处砂眼，见下图。
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从砂眼的外观可以看出，砂眼周围没有明显的裂纹等腐蚀痕迹，因此造成本次失效的直接原因判断为点蚀穿孔。
根据凝析油进站汇管油品化验分析报告，凝析油中含有氯离子9.75×104mg/L；HCO3- 46mg/L；Cl- 9.52×104mg/L，所以，原油长期在波纹管底部作用是造成了软连接腐蚀的主要原因。
软连接的材质一般为普通不锈钢材质（0Cr19Ni9），对氯离子、硫化物比较敏感，尤其是氯离子对不锈钢的腐蚀影响很大。氯离子是活性阴离子，容易被吸附，与不锈钢钝化膜中的阳离子反应生成可溶性氯化物，破坏钝化膜，形成小孔导致点蚀。进一步将软连接割开仔细观察，发现在软连接内部穿孔点附近有很多腐蚀麻点，但未见裂纹等痕迹。
该位置软连接使用时间较长，自2006年投用以来已使用14年，从现场安装位置看，软连接两端法兰高度差约90mm，长期承受斜向拉伸，导致局部应力较大，加之长期使用造成材料力学性能变差导致金属疲劳，是该连接出现渗漏的间接原因。
进一步分析法兰两端存在高差的原因可能有以下几点：
①施工原因造成的管段不平直。
②管墩基础存在不同程度的沉降。
③罐根阀处的支撑为硬支撑，当油罐或连接管线出现沉降时，无法随之产生位移，导致软连接长时间处于较大的受力状态，产生材料疲劳。
根据《石油化工管道用金属软管选用、检验及验收》规范，金属软管在使用中允许有一定的径向位移，但长期的径向载荷作用势必会对软连接的安全使用造成影响。试验中的行程是在设计压力下，达到规定的最少弯曲次数后得到的。根据计算，DN200的软管行程为65mm，而该罐的软连接两端法兰高度差约90mm，已超过规范规定的范围。
3 技术要求
为达到软连接在实际工程中的安全和耐久应用，根据多年的观测和在实际设计、施工中的经验，对金属软管的制造、安装等提出以下对策和要求：
3.1 制造要求
1）金属软管的网套、波纹管、接头均应采用不锈钢材料制造。
2）制造波纹管的管坯不得有环焊缝，且相邻纵焊缝的间距须大于200mm。
3）管坯纵焊缝焊接方法可采用氩弧焊、等离子焊等焊接方法。
4）软连接采用的波纹管允许多段波纹管串联而成，波纹管之间允许有环焊缝。
5）波纹管表面应干净整洁，不得有裂纹、焊渣、锈斑、凹陷等瑕疵。
3.2 外观要求
1）软管焊缝表面应清洁干燥、平整、均匀，不得有裂纹、气孔、咬边、焊接飞溅等。
2）钢丝网套或丝带网套的断（缺）丝总根数应符合要求，且每股断（缺）丝不得超过一根。
3）软管网套应与波纹管贴合，网套表面应光滑平整且网纹均匀，不得折叠和扭曲。
3.3 性能要求
1）软管的管坯纵焊缝、接管纵焊缝以及波纹管之间、波纹管与接管、波纹管与网套的环焊缝应按照比例进行无损检测。
2）软管耐压试验宜采用水压试验，在保证人身安全情况下允许采用气压代替水压进行耐压试验，但不推荐使用气压试验。
3.4 耐久性要求
现规范中没有对软连接的使用年限进行明确要求，按照经验5年更换一次比较适宜。对于复合软管、金属软管，有效期多为5年。建议每年进行一次水压测试，但因为水压测试是有损测试，会加速软管的老化和损坏，因此每年的测试压力会有一定程度的下降。测试项目包括导电率、外观、水压等。
对于罐边的金属软管，使用寿命也是5年，可每2年进行一次水压测试，包括导电性、外观检查等。
长期承载物料的管线，应每5年进行更换一次，这是降低风险的一个必要措施。
4 建议
1）建立软连接、波纹管台账，现场实测尺寸，收集相关信息，方便管理。
2）选用材质和质量合格、“三证”齐全的产品。
3）使用前应打压合格，无质量缺陷，外部包覆的金属网套不得有弯折现象。
4）安装中保证连接平直，尽量不使用软连接的轴向、径向变形来调整安装角度。（软连接安装没有方向要求，而波纹管若带有衬套，要注意安装方向）。
4）建议加强环境温度变化对软连接的变形影响检测，比如冬、夏季各检测一次，做好对比。
5）软连接建议5年更换一次，更换时对过滤器进行一并清理。做好软连接及金属波纹管不同尺寸的备件储备，以便出现失效时及时更换。
6）建议将凝析油罐根阀处的支撑改为可调节支撑，根据油罐、管线的沉降情况，对支撑进行及时调整，避免软连接的变形范围超过使用条件要求。
5 结语
综上分析可见，储罐及其附属设施的设置牵涉到设计、施工、管理等各个阶段，在工程应用中，管线软连接引起渗漏或失效，是各个阶段联合作用的结果，把控好每一阶段的质量关，软连接失效现象是基本可以避免和杜绝的。
各行业类似储罐的连接方式大体是相通的，本文也可以作为其它类型储罐的参考。
作者简介：阎超凡，1964年生，高级工程师，技术专家，现主要从事油气田地面工程的设计管理工作。
樊黒钦，1971年生，高级工程师，油气运输资深设计师，现主要从事油气田地面工程的科研设计工作。