甲醇合成工段氣氣換熱器泄漏的處理措施

陳志海(云煤能源股份有限公司， 云南 昆明 650200)

甲醇合成工段氣氣換熱器泄漏的處理措施

陳志海(云煤能源股份有限公司， 云南 昆明 650200)

本文介紹了甲醇合成工段氣氣換熱器的用途及流程，對(duì)氣氣換熱器在生產(chǎn)中出現(xiàn)的泄漏情況予以說明，并提出了解決該泄漏的方案及施工措施。經(jīng)處理后，該氣氣換熱器運(yùn)行情況良好，甲醇生產(chǎn)穩(wěn)定。

氣氣換熱器；泄漏；焊接；甲醇

云煤能源師宗煤焦化工有限公司甲醇車間合成工段設(shè)置有兩臺(tái)氣氣換熱器，其作用是將進(jìn)入合成塔的新鮮氣(CO、CO2、H2)由61℃預(yù)熱到220℃左右(殼程)，進(jìn)入合成塔在催化劑的作用下合成甲醇?xì)?，之后再將出合成塔的甲醇合成氣?55℃冷卻至95℃(管程)，兩臺(tái)氣氣換熱器串聯(lián)使用。其流程圖見圖1。

圖1 氣氣換熱器流程圖

圖2 填料密封放大圖

1 氣氣換熱器的技術(shù)數(shù)據(jù)

該氣氣換熱器為列管式換熱器，容器類別為二類(D2)，外型尺寸為13939×Φ1200，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表1。

表1 氣氣換熱器主要技術(shù)數(shù)據(jù)

2 存在問題

氣氣換熱器B在使用近三年后，在殼側(cè)法蘭與管板密封處出現(xiàn)了泄漏，該處密封墊為金屬纏繞墊，規(guī)格為Φ1236×Φ1266×4.5，材質(zhì)為06Cr19Ni10，金屬纏繞墊間的填充帶材料為柔性石墨，在氣體泄漏的同時(shí)，墊子的柔性石墨也不斷地被氣體帶出，沿密封面四周分布。泄漏位置見氣氣換熱器結(jié)構(gòu)圖3所示。

圖3 氣氣換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

3 處理方案及可行性分析

(1)更換泄漏的金屬纏繞墊。即將泄漏的氣氣換熱器整體拆除，運(yùn)至具有相關(guān)檢修資質(zhì)和檢修能力的單位，抽出換熱管束，更換泄漏的金屬纏繞墊。該方案需要甲醇停產(chǎn)30天左右，且換熱管束長(zhǎng)為9m，重量為14.65t，在拆裝換熱管束時(shí)，易造成部份換熱管彎曲、變形或受損；其次，該換熱管束出口與換熱器殼體脖頸處為填料密封(編織柔性石墨填料)，見圖2及圖3。該填料安裝困難，設(shè)備制造廠家是用專門夾具且未焊上部法蘭的情況下組裝好的。此方案停產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，造成的經(jīng)濟(jì)損失較大，且在組裝換熱管束時(shí)存在一定的難度，不確定因素及風(fēng)險(xiǎn)性較大。

(2)對(duì)泄漏的密封面進(jìn)行焊接處理。該方案對(duì)泄漏的密封面進(jìn)行焊接后，破壞了原有的可拆結(jié)構(gòu)，將可拆的法蘭密封面變成了不可拆。但該方案停產(chǎn)時(shí)間短，能在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)，且根據(jù)我公司的檢修力量，后期若換熱管束出現(xiàn)問題，也無法檢修，也需要返回制造廠維修，所以可拆聯(lián)接對(duì)我公司也沒有實(shí)際意義。

4 處理措施

根據(jù)方案比較及可行性分析，我公司決定采用方案2進(jìn)行處理，具體的處理措施如下：

(1)對(duì)氣氣換熱器B進(jìn)行泄壓，泄壓后對(duì)其管程的進(jìn)出口加堵盲板，在殼程通入氮?dú)膺M(jìn)行置換，直致取樣分析器內(nèi)可燃?xì)怏w濃度小于0.2%(體積比)視為置換合格。

(2)焊接準(zhǔn)備。泄漏的換熱器上法蘭材質(zhì)為15CrMo，管板材質(zhì)為0Cr18Ni9,這兩種母材焊接為鉻鉬耐熱剛+奧氏體耐熱鋼的焊接；15CrMo為低碳低合金耐熱鋼，具有焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)的淬硬性及冷裂傾向，焊接時(shí)需采取一定的工藝措施，才能保證接頭質(zhì)量。為確保焊接質(zhì)量，公司租用了大型的履帶式陶瓷電加熱器，按30℃/h的升溫速度，將焊接部位加熱至200℃，并用保溫棉進(jìn)行保溫。

焊接材料：焊條型號(hào)E309-16，牌號(hào)為A302。

另考慮到該換熱器較高，在風(fēng)載荷的作用下，換熱器會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)在焊接時(shí)易使焊縫出現(xiàn)裂紋，而在焊接殼體上法蘭與管板時(shí)，需將法蘭螺栓拆除后放能施焊，為減少換熱器振動(dòng)對(duì)焊縫的影響，在拆卸法蘭螺栓進(jìn)行焊接時(shí)，將上下法蘭的48個(gè)螺栓，進(jìn)行了對(duì)稱的配對(duì)分號(hào)，施焊時(shí)需嚴(yán)格按順序進(jìn)行拆卸及施焊，每次對(duì)稱地從小到大依次拆卸2處螺栓，每處依次拆除2顆螺栓，具體見圖4、圖5。

圖4 螺栓拆卸及施焊順序簡(jiǎn)圖

圖5 法蘭及管板焊接示意圖

(3)將法蘭一圈對(duì)稱拆除序號(hào)1的角縫的待焊表面清理干凈。

(4)采用焊條電弧焊將序號(hào)1的角縫進(jìn)行焊接。在焊接過程中角縫第一層、第二層的接頭錯(cuò)開40mm～50mm。第一層焊角高度為6mm.第二層焊角高度為4mm。具體見圖5。角縫: 焊條牌號(hào)A302/φ4.0，I=130～150A U=23～25V U=14～16cm/min，焊接嚴(yán)格控制層間溫度≤100℃。

(5)將拆下的兩處即4個(gè)螺栓按原來的位置重新擰緊，按照?qǐng)D4的要求再進(jìn)行對(duì)稱拆卸序號(hào)2的兩處螺栓，每處依次拆除2顆螺栓。按上述第3、4條的要求進(jìn)行序號(hào)2角縫焊接，然后以此類推按螺栓拆除的順序進(jìn)行角縫焊接。

(6)焊接完畢及全部螺栓緊固后，用履帶式陶瓷電加熱器按40℃/h的升溫速度將焊接部位加熱至600℃，保溫6h對(duì)焊縫進(jìn)行焊后熱處理。

5 結(jié)語

采用該焊接辦法，甲醇車間僅在停產(chǎn)3天后就恢復(fù)了生產(chǎn)，極大地縮短了停產(chǎn)時(shí)間，避免了因泄漏而造成的巨額損失；該氣氣換熱器的泄漏面焊接后投入生產(chǎn)使用至今一年多，未發(fā)現(xiàn)焊縫裂紋及泄漏現(xiàn)象，運(yùn)行正常。

[1]史春元，于啟湛.異種金屬的焊接[M].北京：機(jī)械科工業(yè)出版社,2012:20-77.

陳志海(1975-)，男，工程師(學(xué)士)。