合成塔進出口換熱器換熱管試壓泄漏問題探討

楊益民，李智慧，袁冰蓉

（中國石化上海高橋石油化工有限公司，上海 200137）

0 引言

合成塔進出口換熱器是合成氨裝置核心設(shè)備，屬超長型固定管板換熱器，以某公司制造的換熱管長度20 m的合成塔進出口換熱器換熱管試壓泄漏問題為例，進行分析探討。

1 設(shè)備概況

合成塔進出口換熱器屬于固定管板換熱器（圖1），殼程筒體Φ1300 mm×110（80）mm/Φ1620 mm×110 mm（14Cr1MoR）；管程筒體Φ1330 mm×90 mm（14Cr1MoR）；換熱管Φ14 mm×2 mm×20 000 mm（15CrMo），共計3006 根；管板（14Cr1Mo Ⅳ）；換熱管與管板的連接方式為強度焊+強度脹。

圖1 換熱器結(jié)構(gòu)示意

2 問題

合成塔進出口換熱器在管頭焊接完畢、脹接完成后，進行殼程水壓試驗。充水后還未到升壓階段時即發(fā)現(xiàn)有水從38 根換熱管內(nèi)部泄漏出來，當(dāng)即對此38 根換熱管進行更換處理并重新脹接，然后再次對殼程進行水壓試驗。當(dāng)試驗壓力升到3.85 MPa時，發(fā)現(xiàn)99 根換熱管存在泄漏，其中31 根兩端都出現(xiàn)泄漏，78根換熱管在管板Ⅰ側(cè)出現(xiàn)泄漏，52 根換熱管在管板Ⅱ側(cè)出現(xiàn)泄漏，用堵頭對其進行堵焊（圖2），然后再對殼程進行氣密性試驗。當(dāng)試驗壓力升到2.0 MPa 時，發(fā)現(xiàn)31 根換熱管存在泄漏，其中1 根兩端都有泄漏，11 根換熱管在管板Ⅰ側(cè)出現(xiàn)泄漏，21 根換熱管在管板Ⅱ側(cè)出現(xiàn)泄漏。

圖2 用堵頭堵漏的換熱管

3 原因分析

對管板機加工質(zhì)量進行核查，管孔粗糙度、脹槽尺寸符合圖紙要求。脹接操作（脹接設(shè)備、脹頭尺寸、脹接壓力）符合脹接工藝要求。對發(fā)生泄漏的換熱管進行各項檢查后發(fā)現(xiàn)：

（1）換熱管化學(xué)成分、金相組織、縱向力學(xué)性能、硬度均合格，說明冶金質(zhì)量沒有問題。

（2）對泄漏換熱管進行剖切和渦流檢查，發(fā)現(xiàn)換熱管近管端內(nèi)側(cè)存在折疊、軋折等缺陷，其缺陷在管的制造過程中產(chǎn)生，有缺陷的管在后續(xù)的檢驗中未能檢出（據(jù)了解其換熱管供貨商對Φ14×2 mm 成品管沒有進行渦流檢測和超聲檢測，只進行了逐根水壓試驗。

（3）由于換熱管廠拉拔長度能力有限，為保證成品換熱管的長度尺寸，換熱管拉拔后兩頭端部去除的部分較少，是端部缺陷未能去除的重要原因。

（4）在強度脹接時，由于受到脹接應(yīng)力的強烈作用，致使折疊、軋折等缺陷處成為裂紋源，在脹接應(yīng)力的作用下，缺陷處被撕裂、延伸，嚴(yán)重的裂紋會延伸至換熱管外表面，造成水壓時泄漏。見圖3、圖4。對此，重新采購換熱管，并對缺陷換熱管進行更換。重新組裝、焊接、脹接，共耗時近4 個月，返修合格。

圖3 夾在裂紋中的破裂液壓脹袋殘留

圖4 對缺陷管靠近管頭端部剖切檢查

4 總結(jié)

（1）對超長的鉻鉬鋼換熱管一定要有專用的材料采購規(guī)格書，應(yīng)明確主要技術(shù)指標(biāo)，如材料標(biāo)準(zhǔn)、壁厚偏差、直徑偏差、不圓度、彎曲度、化學(xué)成分、制造方法、供貨狀態(tài)、力學(xué)性能、硬度要求、顯微組織、晶粒度、表面質(zhì)量、檢驗和試驗項目、試驗和取樣方法、取樣數(shù)量等。

（2）預(yù)防為主，加強換熱管驗收。例如本次共發(fā)現(xiàn)70 根換熱管不合格，其中35 根泄漏（裂紋），占總數(shù)的1.155%（共發(fā)貨3030 根），當(dāng)時就應(yīng)引起足夠的重視，增加見證環(huán)節(jié)或檢驗項目。

（3）對特殊換熱設(shè)備的換熱管與管板之間的焊接工藝規(guī)程（含評定）和脹接工藝規(guī)程（含評定）進行審查，對評定過程進行現(xiàn)場見證，確保焊接參數(shù)及脹接參數(shù)的合理性和準(zhǔn)確性。

（4）對換熱管與管板之間的脹接過程進行控制，繪制管孔脹接簡圖并標(biāo)注。