化工高壓冷卻器修復(fù)工藝技術(shù)及試壓工裝

汪陽　陸博福

（中鐵八局集團(tuán)公司城市軌道交通分公司）(中國第一重型機(jī)械股份公司重裝事業(yè)技術(shù)質(zhì)量部）

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化工高壓冷卻器修復(fù)工藝技術(shù)及試壓工裝

汪陽*陸博福

（中鐵八局集團(tuán)公司城市軌道交通分公司）(中國第一重型機(jī)械股份公司重裝事業(yè)技術(shù)質(zhì)量部）

在化工企業(yè)的高壓設(shè)備修復(fù)中，采用科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的修復(fù)技術(shù)方案，是有效地進(jìn)行設(shè)備修復(fù)的必要條件。對于高壓水壓試驗(yàn)，設(shè)計(jì)研制安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的專用試壓工裝是取得試壓成功的重要保障。

冷卻器高壓設(shè)備修復(fù)工藝高壓試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)制造

0　引言

某3D22型Ⅲ級冷卻器是某化工企業(yè)化肥生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備之一。自該化肥生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)以來，該冷卻器已連續(xù)運(yùn)行了十多年之久，其部件均有不同程度的銹蝕損壞，泄漏嚴(yán)重，影響了生產(chǎn)。為確保生產(chǎn)正常進(jìn)行，該企業(yè)的設(shè)備管理部門將該設(shè)備修理工作委托某專業(yè)的壓力容器制造廠來完成。維修時(shí)間安排在設(shè)備大修期間。對于該設(shè)備的修復(fù)，經(jīng)研究采取了一系列修復(fù)工藝和相應(yīng)的技術(shù)措施，經(jīng)壓力容器制造廠員工共同努力，完成了設(shè)備修復(fù)工作。經(jīng)維修的高壓冷卻器其技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)第一臺(tái)已修復(fù)投產(chǎn)運(yùn)行一年多，第二臺(tái)也已運(yùn)行半年有余，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高作出了貢獻(xiàn)?，F(xiàn)將其修復(fù)工藝技術(shù)闡述如下。

圖1為3D22型Ⅲ級冷卻器設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。

1　冷卻器的技術(shù)條件和數(shù)據(jù)分析

該高壓冷卻器由內(nèi)、外殼水腔和內(nèi)管氣腔多排組構(gòu)成，外殼主體由覫83×4無縫鋼管（材質(zhì)20鋼）構(gòu)成，內(nèi)管氣腔由覫49×10無縫鋼管 （材質(zhì)20鋼）及彎頭構(gòu)成。介質(zhì)為N2、H2混合氣，溫度為136℃，設(shè)計(jì)壓力為32 MPa。其殼程水套管經(jīng)水壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重泄漏，通過局部切割取樣分析證實(shí)銹蝕嚴(yán)重，需全部更換外殼水套鋼管。對每根管子都必須進(jìn)行單根試壓檢測，試壓合格后方可組焊安裝。

2　修復(fù)工藝方案確定

（1）將該冷卻器全部解體，對氣管進(jìn)行外觀檢查、超聲波測厚和單根水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力ps=35MPa。管子最小壁厚≥6 mm、彎頭最小壁厚≥7 mm為合格。

（2）對檢測合格的氣管進(jìn)行除銹刷油防腐。

（3）更換水套管，可用覫89×5鋼管代用，允許有少量接管拼焊，并做RT20%探傷，Ⅲ級合格。

（4）對卸下的舊橢圓法蘭均應(yīng)進(jìn)行修復(fù)鏜孔及平面加工，保證質(zhì)量，以備再用。其他法蘭切割取下，采用車床加工，修復(fù)內(nèi)孔端面。

（5）清點(diǎn)零件，對不齊全的和無法修復(fù)的法蘭等零部件要重新進(jìn)行制作加工。

（6）分別對設(shè)備的高壓螺栓、設(shè)備上的螺孔以及彎頭部件的密封面進(jìn)行修復(fù)。

（7）新的水套管制成后，以p=0.45 MPa進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

（8）設(shè)備總裝完成后，對水腔大管進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為ps=0.5 MPa。

（9）為保證氣管單根試驗(yàn)及總裝水壓試驗(yàn)工作順利實(shí)施，需設(shè)計(jì)制造高壓水壓試驗(yàn)裝置和專用工裝。

圖1　3D22型Ⅲ級冷卻器

3　設(shè)備修復(fù)工藝過程

（1）鉚工拆卸螺栓，將氣管從水套管內(nèi)抽出，吊車配合作業(yè)，而后進(jìn)行超聲波測厚、探傷、試壓，并進(jìn)行除銹和刷涂鐵紅底漆防腐。

（2）對經(jīng)超聲波測厚合格的氣管進(jìn)行水壓試驗(yàn)。壓力表量程選擇p=60 MPa，試壓泵選擇PN63，閥門選擇PN32以上、DN15的兩只，安裝于試壓管路中。

（3）鉚焊制做水套管（水腔），采用覫89×5無縫鋼管，按放樣、下料、切割、組對焊接的順序進(jìn)行；其一端先與橢圓法蘭組焊，另一端與法蘭組焊，制成兩根雙聯(lián)體；而后將4個(gè)雙聯(lián)體組焊成一個(gè)排片。對單排片單獨(dú)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，壓力表選擇p=1.6 MPa，試驗(yàn)壓力ps=0.55 MPa，保壓30 min后降壓到p=0.35 MPa，檢查無泄漏合格后再降壓放水。

（4）對單排片水套管進(jìn)行除銹涂漆防腐，底漆面漆各涂一道。

（5）對排片水管套進(jìn)行總體組裝焊接，并用木墊塊U形夾螺栓固定于槽鋼架體上，以保證裝配管口法蘭的對接安裝尺寸符合要求。

（6）將氣管組裝于水腔殼內(nèi)，安裝U形彎頭，另一端裝填料石墨石棉繩，并用壓蓋螺栓壓緊。

（7）設(shè)備的一端安裝氣體分配總管箱2個(gè)，另一端安裝高壓彎頭 （PN32、DN32），共計(jì)20件。加入透鏡墊，并用高壓雙頭螺栓M20把緊。

（8）水腔水壓試驗(yàn)工作：安裝試壓管路，接試壓泵和兩塊壓力表 （p=1.6 MPa）；封閉管口，然后加水；緩慢升壓到試驗(yàn)壓力p=0.55 MPa，保壓30 min后降壓到ps=0.35 MPa，檢查無泄漏合格后再降壓放水。

（9）氣腔水壓試驗(yàn)工作：選用p=60 MPa一級壓力表兩塊，試壓高壓角型截止閥兩只，試壓泵p=63 MPa一臺(tái)，試壓專用組合管件若干，透鏡墊為PN32和DN15、DN32的兩種。用高壓螺栓安裝試壓管路，封閉管口后加水，緩慢升壓到試驗(yàn)壓力ps=32 MPa，保壓45 min，經(jīng)檢查無泄漏合格后再降壓放水。

4　冷卻器氣腔高壓水壓試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

為保證高壓水壓試驗(yàn)的安全可靠性，研制了一套專用件與通用件組合式的試壓工裝。

4.1試壓工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對于高壓水壓試驗(yàn)裝置其關(guān)鍵問題在于試壓元件的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對于壓力大于10 MPa的密封結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用透鏡鋼墊加螺紋法蘭的連接結(jié)構(gòu)。螺紋法蘭規(guī)格尺寸按其設(shè)備接口和閥門接口而定。然而由于該冷卻器的氣管規(guī)格為 覫49×10，其與PN32、DN32是相對應(yīng)配套的，但閥門則是PN32、DN15接口的螺紋法蘭，管端部螺紋規(guī)格M33×2，尤其是對于總體氣腔水壓試驗(yàn)設(shè)備，其接口是PN32、DN65，這就給密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來了難度。就目前所掌握的資料而言，尚未見到此類結(jié)構(gòu)的有關(guān)設(shè)計(jì)。為此，設(shè)計(jì)了變徑壓盤螺紋法蘭密封結(jié)構(gòu)，并采用相壓焊接結(jié)構(gòu)與連接結(jié)構(gòu)方式，從而保證了該試壓裝置的技術(shù)可靠性和安全實(shí)用性。圖2為試壓組合管件即試壓變徑體與活套法蘭的裝配圖。

圖2　試壓變徑體與活套法蘭裝配圖

4.2高壓水壓試驗(yàn)專用工裝的結(jié)構(gòu)與材料選擇

（1）對于試壓組合管件的結(jié)構(gòu)，其變徑盤的一端有厚壁接管覫35×9、材質(zhì)20鋼，另一端為透鏡曲面凸盤，材質(zhì)為Q235B，曲面SR，其中R為按設(shè)備接管口大小而定的公稱規(guī)格。對于PN32、DN65的管接口，其曲面SR取為S116±0.4，內(nèi)孔Dn=68 mm，Dw=90 mm，H=20 mm。對于氣管覫49×10，按手冊透鏡墊相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)選SR52.5±0.3、外徑45 mm。圖3為專用的試壓變徑體結(jié)構(gòu)圖，圖4為閥門、壓力表與試壓管路的連接頭結(jié)構(gòu)圖。

（2）連接法蘭、透鏡墊按標(biāo)準(zhǔn)選取。

（3）主要元件制造加工。對于透鏡壓盤，先由焊工切割下料，然后轉(zhuǎn)車床加工，其曲面SR用鉗工所做的樣板配制。對于接頭則由車床加工而成。

圖3　專用的試壓變徑體結(jié)構(gòu)（DN65）

圖4　閥門和壓力表與試壓管路的連接頭

5　結(jié)論

在高壓設(shè)備修復(fù)中，采用科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的修復(fù)技術(shù)方案，是有效地進(jìn)行設(shè)備修復(fù)的必要條件。

（1）該冷卻器的維修工藝經(jīng)實(shí)際應(yīng)用獲得了較為理想的成效，成功地修復(fù)了兩臺(tái)高壓冷卻器，對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高有非常重要的作用。

（2）對于要求防腐刷油的設(shè)備，應(yīng)根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)采取交叉作業(yè)的方式，即在未裝配前預(yù)先進(jìn)行防腐刷油，否則組裝后將無法完成。例如水套管防腐刷油應(yīng)安排在大組裝配前進(jìn)行。

（3）在設(shè)計(jì)制作工裝夾具時(shí)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)上考慮到元件的通用性，這樣可大為減少元件制造的工作量和維修工期，也有利于降低成本。例如長接頭、緩沖表管接頭等可在不同設(shè)備的高壓水壓試驗(yàn)中重復(fù)使用。

Repair Craft and Hydro-test Device of Chemical High Pressure Cooler

Wang YangLu Bofu

The scientific,economical and practical repairing schemes of the high pressure equipments are of great importance.As for the high-pressure hydraulically tests,it's crucial to design and develop a reliable and economical hydro-test device.

Cooler；High pressure equipments；Repair craft；High-pressure testing apparatus；Design and develop

TQ 050.7DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.06.016

2015-10-13）

*汪陽，男，1986年生，工程師。成都市，610081。