鋯材換熱器管板復(fù)合層修復(fù)實(shí)例

王星海

(中石化長(zhǎng)城能源化工（寧夏）有限公司,寧夏 銀川 750411)

1 設(shè)備概況

中石化長(zhǎng)城能源化工（寧夏）有限公司有年產(chǎn)30萬(wàn)噸醋酸裝置一套，E030101換熱器為醋酸反應(yīng)釜R-030101的外循環(huán)換熱器，換熱器將反應(yīng)釜溫度控制在187～190℃，主要作用是通過(guò)E-030101換熱來(lái)帶走或提供熱量（有兩種模式即加熱、冷卻），對(duì)反應(yīng)釜溫度實(shí)現(xiàn)精調(diào)節(jié)。

換熱器為2管程、臥式、釜式U型管換熱器，換熱面積FN=336m2。

殼程：設(shè)計(jì)壓力為1．6MPa，設(shè)計(jì)溫度200℃，介質(zhì)為S7蒸汽或除鹽水，材質(zhì)為304。

管程：設(shè)計(jì)壓力為3．0MPa，設(shè)計(jì)溫度188℃，介質(zhì)為反應(yīng)釜液（醋酸、碘甲烷、氫碘酸、水、銠、CO），材質(zhì)為304/TA2/R60702。

E030101鋯換熱器管程介質(zhì)為醋酸反應(yīng)液，腐蝕性極強(qiáng)，反應(yīng)壓力為2．8MPa，為此換熱管材質(zhì)采用Zr702無(wú)縫管，管箱采用鋯復(fù)合板結(jié)構(gòu)，管板由Zr702（9mm）+Ti（2mm）+304（156mm）三層爆炸復(fù)合板而成，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 復(fù)合管板簡(jiǎn)圖

2 故障過(guò)程

2014年4月醋酸裝置水聯(lián)運(yùn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)管板復(fù)合層界面有一處發(fā)生泄漏，在管板密封面上發(fā)現(xiàn)一處0．3mm小孔，該小孔與管板泄漏處位置相對(duì)應(yīng)，確認(rèn)此小孔即為泄漏源。對(duì)該小孔進(jìn)行打磨、補(bǔ)焊，著色復(fù)查合格，管板表面其它部位未發(fā)現(xiàn)有缺陷。

2014年6月醋酸裝置開車后，管板側(cè)處也持續(xù)發(fā)生兩處明顯泄漏點(diǎn)，起初認(rèn)為是管板法蘭纏繞墊處泄漏，進(jìn)行螺栓熱緊，未有效果。在2014年7月10日對(duì)其更換了墊片，開工后原泄漏點(diǎn)還在泄漏，后來(lái)對(duì)泄漏處進(jìn)行了清理，經(jīng)仔細(xì)觀察這兩處泄漏點(diǎn)，是發(fā)生在復(fù)合層界面上，與水聯(lián)運(yùn)時(shí)漏點(diǎn)情況相似，泄漏點(diǎn)見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 泄漏點(diǎn)1

圖3 泄漏點(diǎn)2

2014年7月27日晚因甲醇裝置CO壓縮機(jī)停車，醋酸裝置同步停車。7月29日拆下管箱，對(duì)管板表面做100%著色檢查，管板密封面上發(fā)現(xiàn)六處表面裂紋（見(jiàn)圖4、圖5），其中一處發(fā)生在原補(bǔ)焊焊縫上，其余五處為新發(fā)現(xiàn)缺陷，此外還有一處管板與列管焊縫發(fā)生腐蝕缺陷（見(jiàn)圖6）。

3 原因分析及修復(fù)方案

圖4 管板密封面缺陷1

圖5 管板密封面缺陷2

圖6 管板與列管焊縫缺陷

此管板在運(yùn)行不長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)多次、多處發(fā)生裂紋，主要集中在約4mm厚的鋯層密封面，原因分析如下。

鋯層厚度設(shè)計(jì)為9mm，鋯層密封面經(jīng)過(guò)機(jī)加工后厚度減變?yōu)?mm，復(fù)合板在經(jīng)過(guò)爆炸復(fù)合后會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，容易產(chǎn)生缺陷（裂紋）。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件和實(shí)際情況，制定以下具體修復(fù)方案。

3.1 消除原管板鋯層密封面缺陷

3.2 管板密封面加焊鋯材密封環(huán)

增加鋯材密封環(huán)的作用是：由于原密封面只有4mm，其內(nèi)部已有較多產(chǎn)生裂紋的隱患，在今后的生產(chǎn)運(yùn)行中有些裂紋還會(huì)逐漸形成，我們用這一層9mm的鋯環(huán)（板材加工的鋯環(huán)）覆蓋在有缺陷的原密封面上，使原密封面不與腐蝕介質(zhì)接觸，減少原密封面產(chǎn)生泄漏的可能性。

3.3 管箱隔板密封面加鋯條

由于管板密封面厚度增加了9mm，故對(duì)管箱隔板密封面加高以適應(yīng)配套安裝。

4 處理過(guò)程

4.1 對(duì)原管板鋯層密封面缺陷進(jìn)行修復(fù)

（1）對(duì)管板密封面6處缺陷（5處裂紋，1處圓形缺陷），換熱管管口焊縫處1處腐蝕。用金屬磨頭挖除缺陷，氬弧焊補(bǔ)焊并磨平焊縫，并對(duì)補(bǔ)焊處100%PT，檢測(cè)合格。（2）管板密封面及內(nèi)側(cè)100%UT（超聲波）檢查：檢查復(fù)合板的貼合情況及鋯材內(nèi)部缺陷并備案。（3）對(duì)管箱密封面平整度和密封面劃痕缺陷進(jìn)行檢查，對(duì)密封面存在的劃痕和拉傷進(jìn)行修磨處理。

4.2 管板密封面加焊鋯材密封環(huán)及管箱隔板加鋯條

（1）在現(xiàn)有出現(xiàn)缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊后的密封面上覆蓋一層9mm鋯環(huán)密封面（在生產(chǎn)廠家完成雙面加工平整，密封面?zhèn)染庸ぃc管板凸臺(tái)45°坡口處全焊透，外圓采用密封焊并增設(shè)檢漏孔。對(duì)密封面外圈及管箱管板進(jìn)行坡口加工，密封面及施焊處進(jìn)行拋光處理并用丙酮清洗后進(jìn)行焊環(huán)及管箱隔板加高組裝點(diǎn)固。（2）施加防變形工裝后，對(duì)焊環(huán)內(nèi)外側(cè)進(jìn)行密封焊。防變形工裝拆除后，對(duì)換熱器殼層進(jìn)行0．4MPa空氣氣密檢測(cè)合格、PT檢測(cè)合格后，進(jìn)行內(nèi)側(cè)氬弧焊填充，完成后進(jìn)行100%PT，檢測(cè)合格。管箱隔板加高進(jìn)行氬弧焊填充后進(jìn)行100%PT檢測(cè)合格。（3）試壓。為了確保檢修質(zhì)量，鋯環(huán)焊接完畢后，在管板法蘭面安裝試壓工裝，在殼程充壓縮空氣0．4MPa進(jìn)行氣密查漏，合格后回裝管箱。

為保證管箱法蘭與新增加的鋯密封面的密封效果，在纏繞墊上纏繞聚四氟乙烯帶（新增加的鋯密封面在施焊過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生小的變形，使密封面不平整，為了防止密封面產(chǎn)生泄漏，纏了這些四氟乙烯帶起到填充的作用），同時(shí)將原緊固螺栓更換為42CrMo高強(qiáng)度螺栓。

5 修復(fù)后運(yùn)行情況

E030101鋯材換熱器修復(fù)后，運(yùn)行至今，再無(wú)泄漏發(fā)生，達(dá)到了修復(fù)目的。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鋯材換熱器管板復(fù)合層出現(xiàn)泄漏的情況，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)了設(shè)備的原有性能，運(yùn)行至今再無(wú)泄漏發(fā)生，對(duì)于復(fù)合板結(jié)構(gòu)的特材設(shè)備檢維修具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]GB150-1998，鋼制壓力容器[S]．全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，1998．

[2]石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程，第三冊(cè)[M]．中國(guó)石化集團(tuán)公司，中國(guó)石化出版社，2004．

[3]E030101換熱器竣工圖，南京德邦金屬裝備工程股份有限公司，2013．