高變廢熱鍋爐封頭泄漏處理及葉式密封更換

侯 松

(海洋石油富島有限公司，海南 東方572600)

海洋石油富島有限公司化肥二期裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為450 kt/a合成氨、800 kt/a大顆粒尿素。合成氨裝置采用美國(guó)KBR凈化器工藝TM。該工藝是原Kellogg公司的MEAP低能耗的合成氨工藝與Brown公司的Purifier合成氨工藝的組合。裝置于2003年9月30日順利投產(chǎn)，生產(chǎn)出合格氨產(chǎn)品。2004年進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造。

合成氨裝置高溫變換爐出口串聯(lián)安裝1臺(tái)高壓蒸汽廢熱鍋爐(103-C1)和1臺(tái)高壓鍋爐給水預(yù)熱器(103-C2)，其目的是回收高品位熱能、生產(chǎn)過(guò)程所需的動(dòng)力和原料蒸汽，降低工藝氣溫度至低溫變換爐所需要的最佳反應(yīng)工況。2018年4月發(fā)現(xiàn)，高溫變換爐出口廢熱鍋爐(簡(jiǎn)稱103-C1)封頭泄漏工藝氣，隨即根據(jù)泄漏情況采取在線處理和防護(hù)措施；之后在停車檢修期間檢查發(fā)現(xiàn)密封面存在缺陷，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，并同時(shí)對(duì)管束葉式密封進(jìn)行更換。設(shè)備修復(fù)后運(yùn)行良好。

103-C1由意大利BELLEL ENERGY s.r.l.公司制造，結(jié)構(gòu)為立式“U形管”換熱器，殼程介質(zhì)為工藝氣，管程介質(zhì)為鍋爐水和蒸汽。管程封頭設(shè)計(jì)有7段分程隔板，換熱管總數(shù)為781根，其中第7程～第8程的222根換熱管內(nèi)部安裝有擾流條，以增加換熱器的換熱效率。

設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，設(shè)備結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 103-C1設(shè)備結(jié)構(gòu)

表1 103-C1設(shè)備技術(shù)參數(shù)

1 設(shè)備技術(shù)改造

1.1 改造原因

2004年，根據(jù)合成氨裝置原始開(kāi)車和性能考核發(fā)現(xiàn)，103-C2出口溫度已經(jīng)達(dá)到低溫變換爐催化劑設(shè)計(jì)末期使用溫度218 ℃。103-C1、103-C2汽化率高達(dá)32%，高于設(shè)計(jì)值24.5%，但高壓蒸汽產(chǎn)量達(dá)不到設(shè)計(jì)值，整個(gè)化肥二期合成氨裝置、尿素裝置出現(xiàn)蒸汽不平衡。由于低變催化劑入口溫度高，使得催化劑的初期活性急劇下降【1】。

2005年檢修時(shí)，通過(guò)排查發(fā)現(xiàn)2臺(tái)換熱器的管束與殼體之間存在13 mm左右的超標(biāo)間隙，造成大約37%的工藝氣未與鍋爐水換熱，形成“介質(zhì)短路”情況。

1.2 改造措施

通過(guò)與專利商KBR公司和設(shè)備制造商BELLELI公司進(jìn)行討論，決定采用一種新型的密封隔離法——葉式密封，即分別沿管束軸向和徑向方向，在支撐板上安裝幾組由8片0.1 mm厚的304鋼片組成的密封片，密封管束與殼體之間的間隙，以消除換熱介質(zhì)短路現(xiàn)象。葉式密封改造示意見(jiàn)圖2和圖3。2006年對(duì)2臺(tái)換熱器實(shí)施葉式密封安裝改造，改造后，103-C1、103-C2出口工藝氣溫度下降，高壓蒸汽產(chǎn)量增加了10 061 kg/h，滿足裝置穩(wěn)定運(yùn)行條件。

圖3 管束增加徑向葉式密封改造

圖2 管束增加軸向葉式密封改造

2 故障描述

2018年4月巡檢發(fā)現(xiàn)，103-C1工藝氣封頭出現(xiàn)可燃?xì)怏w泄漏。確定漏點(diǎn)位置后，對(duì)封頭螺栓進(jìn)行多次在線緊固，但仍存在一定泄漏。由于設(shè)備本體溫度高，無(wú)法進(jìn)行測(cè)繪，制作堵漏夾具，所以無(wú)法實(shí)施帶壓堵漏。在確保泄漏對(duì)工藝系統(tǒng)沒(méi)有影響的前提下，考慮設(shè)備本質(zhì)安全，決定對(duì)該設(shè)備實(shí)行監(jiān)控運(yùn)行，并制作氮?dú)獯祾哐b置，固定在設(shè)備封頭上，對(duì)泄漏的可燃?xì)膺M(jìn)行稀釋吹掃。

根據(jù)設(shè)備泄漏情況進(jìn)行初步分析判斷，認(rèn)為設(shè)備泄漏的可能原因?yàn)槁菟A(yù)緊力不足或封頭密封墊片密封失效，所以在設(shè)備監(jiān)控運(yùn)行期間，為設(shè)備檢修做好以下準(zhǔn)備工作：1)針對(duì)螺栓預(yù)緊力不足的問(wèn)題，準(zhǔn)備螺栓備件，計(jì)劃停車檢修期間更換； 2)針對(duì)密封墊片失效的問(wèn)題所采取的措施為更換墊片。由于墊片更換檢修周期長(zhǎng)，且到臨近裝置大修還有較長(zhǎng)時(shí)間，所以考慮下次短期停車期間針對(duì)封頭設(shè)計(jì)帶壓堵漏夾具，實(shí)施帶壓堵漏。

同年9月裝置臨時(shí)停車期間，對(duì)103-C1封頭進(jìn)行處理。首先對(duì)封頭泄漏部位的7顆螺栓進(jìn)行更換，重新按照標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力進(jìn)行緊固；同時(shí)測(cè)量泄漏部位尺寸，設(shè)計(jì)好局部堵漏夾具和整體堵漏夾具方案。更換螺栓后開(kāi)車，換熱器封頭泄漏量明顯減小，但仍有輕微泄漏。經(jīng)過(guò)評(píng)估認(rèn)為，封頭泄漏原因?yàn)槊芊鈮|片失效。綜合考慮后，未采取帶壓堵漏方案，計(jì)劃大修期間更換密封墊片，同時(shí)檢查并修復(fù)密封面。

3 處理過(guò)程

3.1 封頭泄漏處理

3.1.1 檢查情況

2019年4月裝置停車檢修期間，對(duì)103-C1進(jìn)行解體抽芯檢修，發(fā)現(xiàn)筒體法蘭密封面、管板背側(cè)密封面存在泄漏沖刷痕跡，見(jiàn)圖4和圖5。通過(guò)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)筒體法蘭密封面平面度最大偏差0.32 mm，管板密封面平面度最大偏差0.45 mm。

圖4 筒體法蘭密封面沖刷情況

圖5 管板密封面缺陷情況

3.1.2 筒體法蘭修復(fù)

根據(jù)筒體法蘭變形情況，對(duì)筒體密封面采用光刀機(jī)進(jìn)行機(jī)械加工修復(fù)。密封面修復(fù)加工量為0.39 mm，加工后的平面度最大偏差0.02 mm。

3.1.3 管板密封面修復(fù)

換熱器管板直徑為2 025 mm，兩側(cè)吊耳寬度為225 mm，管板厚度為380 mm。由于管板與管束相連，缺陷部位位于管板背側(cè)密封面，所以只能將機(jī)床裝卡安裝在管板端面，加工臂伸到背側(cè)進(jìn)行加工。再加上管板直徑大、厚度大，給密封面的修復(fù)造成較大因難。

為了保證加工質(zhì)量，滿足加工條件，制作了超長(zhǎng)“L”形專用支架用來(lái)固定安裝刀具，然后切割管板兩側(cè)的吊耳，以減小機(jī)床旋轉(zhuǎn)半徑，降低機(jī)加工對(duì)支架的強(qiáng)度要求。由于機(jī)床“L”形支架的最大長(zhǎng)度達(dá)907 mm，強(qiáng)度不足，剛開(kāi)始便出現(xiàn)跳刀情況。于是對(duì)支架進(jìn)行二次改進(jìn)和加固，最終滿足加工條件。管板實(shí)際加工量0.58 mm，加工后平面度最大偏差0.03 mm。管板密封面加工機(jī)床裝卡見(jiàn)圖6。

圖6 管板密封面加工機(jī)床裝卡

3.2 葉式密封更換

3.2.1 管束拆卸

管束安裝葉式密封后，與設(shè)備殼體之間的間隙通過(guò)葉式密封片彈性變形進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)回裝管束時(shí)，管束自身重力可克服葉式密封與殼體之間的變形阻力，容易安裝。而管卸時(shí)束拆，葉式密封的變形阻力會(huì)增加抽芯的難度，單純依靠吊車提起風(fēng)險(xiǎn)較高，一旦出現(xiàn)卡澀，易造成吊車傾斜。為此制作了一套專用工裝，用于管束的頂起吊裝，見(jiàn)圖7。

圖7 管束拆卸專用工裝

吊裝抽芯過(guò)程，在換熱器管板四周固定4個(gè)50 kg千斤頂，管束頂部安裝好起吊鋼絲繩，見(jiàn)圖8。首先利用四周千斤頂慢慢將管束頂起，然后吊車慢慢提升，當(dāng)確定管束與殼體之間無(wú)較大阻力的情況下，再慢慢用吊車起吊，完成管束拆卸。

圖8 管束拆卸工裝應(yīng)用

3.2.2 葉式密封更換

管束拆卸后，豎立放在專用支架上，進(jìn)行葉式密封片的更換，圖9是更換的軸向葉式密封片，圖10 是更換的徑向葉式密封片。

圖10 更換徑向葉式密封

圖9 更換軸向葉式密封

4 運(yùn)行效果

2019年5月，合成氨裝置開(kāi)車，對(duì)103-C1設(shè)備封頭法蘭進(jìn)行可燃?xì)怏w檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w泄漏，證明封頭泄漏處理采取的措施是成功的、有效的。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備封頭法蘭泄漏在化工生產(chǎn)過(guò)程中是較為常見(jiàn)的一類問(wèn)題，實(shí)際工作中所采取的應(yīng)對(duì)措施也非常多。通過(guò)對(duì)高溫變換出口廢熱鍋爐封頭泄漏原因進(jìn)行判斷，在無(wú)法實(shí)施帶壓堵漏的情況下，采取在線緊固、更換局部螺栓、制作稀釋工裝等措施降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)，采用機(jī)床對(duì)密封面的缺陷進(jìn)行加工修復(fù)并更換密封墊片，最終徹底消除設(shè)備泄漏，確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。