催化裝置蒸汽發(fā)生器管束泄漏與修復(fù)

付靜朝(中國石化石家莊煉化分公司 河北 石家莊)

一、概況

某石化煉油廠催化裝置一中蒸汽發(fā)生器在使用過程中發(fā)生泄露，在停工檢修期間對其發(fā)生泄露的原因進(jìn)行調(diào)查分析，初步找出泄露的主要原因，并確定了修復(fù)方案，管束返廠進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后使用一段時(shí)間發(fā)生二次泄露。

二、換熱器管束泄露存在的主要缺陷

該換熱器管束在檢修期間進(jìn)行返廠修復(fù)，首先對一中蒸汽發(fā)生器管束的管板、管束進(jìn)行了外部宏觀檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)管板外表面布滿油污，將入口、出口兩側(cè)管板外表面進(jìn)行清理，并進(jìn)行PT/100%/Ⅰ檢測，發(fā)現(xiàn)此管束只有入口第一管程處管板與換熱管角焊縫根部、管板管橋處存在大量裂紋，有的已延伸至管板內(nèi)部及換熱管上，且裂紋方向不一入口其它管程及換熱器出口側(cè)均無裂紋及其它缺陷。

三、初步分析產(chǎn)生泄露的原因

此換熱投入使用時(shí)間較短即發(fā)生了泄露，因此對產(chǎn)生泄露的原因進(jìn)行了初步分析，從換熱器在廠制造及設(shè)備現(xiàn)場使用兩方面進(jìn)行了分析。初步認(rèn)為是由于設(shè)備在制造過程中，換熱管與管板焊縫存在一定的焊接殘余應(yīng)力，該設(shè)備在使用過程中，換熱管板入口第一管程在高溫條件、硫腐蝕等環(huán)境下發(fā)生開裂，裂紋不斷擴(kuò)展直至延伸至管板及換熱管。

四、修復(fù)方案確定及修復(fù)過程

通過多方討論研究最終確定此換熱器管束的修復(fù)方案為將第一管程的215根換熱管全部進(jìn)行更換。修復(fù)的主要過程及出現(xiàn)的難點(diǎn)：

1.首先將第一管程的215根換熱管全部抽出。換熱管抽出后，發(fā)現(xiàn)焊接裂紋從管板外側(cè)往管板內(nèi)部延伸，有個(gè)別的換熱管管壁也有延伸裂紋，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，入口第一管程管板上存在大量的裂紋，而且裂紋走向不一，且較長較深。管板上裂紋的清除為重點(diǎn)問題，處理不當(dāng)或清除不干凈，可能使整塊管板報(bào)廢?？紤]到此換熱器經(jīng)過使用，所以在清除管板裂紋前，為防止裂紋的再擴(kuò)大延伸，對管板進(jìn)行了6h-8h的消氫處理，然后在進(jìn)行裂紋的清除工作。圖1為換熱管抽出后，管板上存在裂紋情況。

圖1

圖2

2.采用砂輪修磨的方法，清除管板上的所有裂紋。管板裂紋存在較多，清除較困難。圖4為裂紋清除后的管板表面。

3.管板上的裂紋清除后，對管板進(jìn)行PT/100%/Ⅰ檢測,確保裂紋完全清除干凈后，方可對管板進(jìn)行補(bǔ)焊。為減少補(bǔ)焊處焊接應(yīng)力，提高抗裂性，避免裂紋的產(chǎn)生，焊接前，對第一管程管板進(jìn)行150-200℃的預(yù)熱，圖3。管板補(bǔ)焊采用鎢極氬弧焊。

圖3

圖4

4.換熱管采用標(biāo)準(zhǔn)GB9948-2006《石油裂化用無縫鋼管》，按圖紙規(guī)定值進(jìn)行逐根試壓，保證換熱管本身無泄漏，無裂紋，圖4。試壓合格后，進(jìn)行換熱管的管頭處理。

5.管板補(bǔ)焊完成并打磨至與原管板齊平后，再次進(jìn)行滲透檢測，確定無裂紋及其它缺陷后，方可進(jìn)行穿管作業(yè)。

6.換熱管與管板焊接。換熱管與管板焊接嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行組裝，并進(jìn)行強(qiáng)度焊+貼脹。焊接采用管板自動焊機(jī)焊接，嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)定的焊接參數(shù)進(jìn)行施焊。因?yàn)楣馨逡呀?jīng)焊接修補(bǔ)過，經(jīng)過很多次熱冷過程，硬度有一定的提高，因此采取了焊接前進(jìn)行150-200℃的預(yù)熱，并使換熱管與管板焊接時(shí)始終保持焊接部位處于150-200℃之間，并采取合理的焊接順序，減少焊接變形。換熱管接頭全部焊接完畢后立即進(jìn)行了620±20℃的焊后消除應(yīng)力熱處理，減低焊縫的殘余應(yīng)力。

7.熱處理后對換熱管與管板焊接接頭進(jìn)行PT/100%/Ⅰ檢測，經(jīng)檢測，第一管程管頭沒有裂紋的缺陷的存在，檢測合格。之后進(jìn)行管頭的脹接。圖5，圖6為修補(bǔ)完成后的管板。

圖5

圖6

8.管束回裝，現(xiàn)場試壓，管束回裝后，按照規(guī)定試驗(yàn)壓力進(jìn)行試壓，試驗(yàn)過程中，管束管頭無泄漏，試壓合格。

五、修復(fù)后的使用情況

此一中蒸汽發(fā)生器經(jīng)過此次修復(fù)，沒有達(dá)到預(yù)計(jì)的使用效果，雖然修補(bǔ)完成后，經(jīng)過試壓沒有泄漏，但是經(jīng)過4個(gè)月的使用后，此臺換熱器管束再次發(fā)生了泄露，泄漏情況與第一次相同，都為入口第一管程出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致泄露。經(jīng)多方研究決定，此臺換熱器管束報(bào)廢，不具備再次修補(bǔ)的條件。

此臺設(shè)備管束從投入使用至失效報(bào)廢還不到一年的時(shí)間，初次泄露時(shí)相關(guān)方進(jìn)行了初步的原因分析，再次泄露發(fā)生的原因應(yīng)該進(jìn)深一步查找，為重新制造管束防止類似情況泄露，做好預(yù)防措施。

六、防護(hù)、改進(jìn)措施

此臺換熱器管束報(bào)廢，引起多方的深思與重視，因?yàn)榇斯苁辉谌肟诘谝还艹烫幃a(chǎn)生裂紋的最終原因不明確，制造廠重新制作一臺換熱器管束不能保證不再發(fā)生類似情況的泄露。經(jīng)過初次泄露的原因分析及查閱了其它多臺類似管束泄露的情況，筆者初步總結(jié)了防護(hù)、改進(jìn)的措施。

1.設(shè)計(jì)方面是否應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場使用及工藝操作情況，重新考慮設(shè)備的結(jié)構(gòu)缺陷及材質(zhì)是否升級問題，改變換熱管與管板的連接形式或者進(jìn)行必要的材質(zhì)升級，降低管板焊縫部位的殘余應(yīng)力集中及操作介質(zhì)腐蝕元素的影響。

2.制造廠在制造管束的過程中，管板與換熱管的焊接采用合理的焊接方法和焊接順序，并采取必要的消除應(yīng)力熱處理，降低管板處焊縫的殘余應(yīng)力。

3.生產(chǎn)使用上，嚴(yán)格執(zhí)行操作工藝，改善設(shè)備工作條件。