閑置設(shè)備更新一例

何文美

（廣安玖源化工有限公司，四川廣安 638019）

0 引言

某公司由國(guó)外引進(jìn)一套閑置的合成氨裝置，根據(jù)商檢規(guī)定，設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后需要開展到貨檢驗(yàn)工作。經(jīng)具有進(jìn)出口特種設(shè)備檢驗(yàn)資質(zhì)的省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院檢驗(yàn)后，給出檢驗(yàn)意見：“MT檢測(cè)發(fā)現(xiàn)面對(duì)銘牌，右部管箱筒體與管板相焊接環(huán)縫處經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)兩條橫向裂紋，屬穿透性裂紋，并且延伸至母材。經(jīng)檢驗(yàn)，該設(shè)備不符合ASME及我國(guó)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定?！笨紤]設(shè)備制造周期長(zhǎng)，難以滿足建設(shè)期要求，遂考慮先修后更新的方式，在獲得檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的同意后，公司委托檢修單位進(jìn)行設(shè)備檢修。經(jīng)過基本方案討論后，由具有資質(zhì)的檢修單位開展檢修工作，但在檢修單位拆檢中發(fā)現(xiàn)該設(shè)備已經(jīng)不具備修復(fù)價(jià)值，提議公司考慮更新該設(shè)備，以保證設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1 設(shè)備基本參數(shù)（表1）

2 第一臺(tái)更新設(shè)備

由設(shè)計(jì)院出具設(shè)備圖紙，公司通過招標(biāo)，選擇國(guó)內(nèi)知名壓力容器制造單位進(jìn)行設(shè)備制造工作，工期140 d（圖1）。制造單位根據(jù)設(shè)備圖紙，按期完成制造工作并交貨。在設(shè)備投入運(yùn)行6 d后，設(shè)備出現(xiàn)泄漏，裝置被迫停車。經(jīng)與設(shè)備制造單位交流，并由該單位現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)，但投用后1個(gè)星期，設(shè)備繼續(xù)出現(xiàn)泄漏，無法保證公司的正常連續(xù)運(yùn)行。拆檢設(shè)備發(fā)現(xiàn)問題來源于換熱管與管板的角焊縫，以及換熱管伸入管板約1/3處出現(xiàn)裂紋，初步判定為設(shè)備制造單位的制造質(zhì)量問題，無法徹底修復(fù)。經(jīng)過技術(shù)組討論，確認(rèn)第一臺(tái)設(shè)備沒有修復(fù)意義，公司開展第二臺(tái)設(shè)備的訂購工作，并進(jìn)行相關(guān)索賠工作。

表1 設(shè)備基本參數(shù)

3 第二臺(tái)更新設(shè)備

3.1 改進(jìn)與制造

為謹(jǐn)慎起見，沒有選在原設(shè)備制造單位繼續(xù)制造第二臺(tái)設(shè)備，而是選擇另一家民企作為設(shè)備制造單位，在經(jīng)過技術(shù)交底后，公司最終確認(rèn)在確?，F(xiàn)有設(shè)備、管口尺寸不變的情況下應(yīng)做以下改進(jìn)：①將管板堆焊層材料由原來的304改為Inconel600，引進(jìn)設(shè)備就是使用這種堆焊材料；②將換熱管材料由原來的12Cr2Mo1改為304，避免異種鋼焊接，提高焊接質(zhì)量；③換熱管材料更換后對(duì)管程、殼程壁溫再次進(jìn)行熱膨脹核算，是否需要增加膨脹節(jié)依據(jù)核算結(jié)果再定，最終增加膨脹節(jié)（圖2）。

圖1 第一臺(tái)設(shè)備

圖2 第二臺(tái)設(shè)備

圖3 第三臺(tái)設(shè)備

設(shè)備制造完成后，在對(duì)設(shè)備殼程進(jìn)行4.9 MPa水壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)膨脹節(jié)發(fā)生上拱變形現(xiàn)象，制造公司分析引起膨脹節(jié)變形的原因是設(shè)備管束相對(duì)中間筒體為偏心布置，加上兩端的偏心錐，在內(nèi)壓作用下引起筒體中部膨脹節(jié)受力不均，且因膨脹節(jié)自身剛度小，因此在偏心載荷的作用下就首先出現(xiàn)了變形。采取措施處理：①切除殼程與管板間已焊好的焊接接頭，釋放留在管束內(nèi)的壓縮應(yīng)力后再重新進(jìn)行組對(duì)焊接；②在膨脹節(jié)兩端增設(shè)保護(hù)套及限位拉桿，在膨脹節(jié)波谷內(nèi)安裝均衡塊。經(jīng)過整改，未發(fā)現(xiàn)異常，經(jīng)噴砂、除銹、防腐后，該設(shè)備運(yùn)抵公司現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 設(shè)備運(yùn)行狀況

該設(shè)備投入運(yùn)行中，在管程合成氣及殼程鍋爐水溫度僅有75 ℃左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)波形膨脹節(jié)上部伸長(zhǎng)約5 mm，膨脹節(jié)下部及活動(dòng)端鞍座均未動(dòng)，當(dāng)日設(shè)備制造單位來人后認(rèn)為，活動(dòng)端鞍座直接放在水泥基礎(chǔ)上，由于摩擦阻力大而引起。后經(jīng)研究決定在活動(dòng)端鞍座兩邊及管箱法蘭底部各增加一組支撐，支撐與活動(dòng)鞍座底面及管箱法蘭底間增設(shè)滾棒，改活動(dòng)端鞍座滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，以減少摩擦力、減輕管程的承重載荷；以及待合成氣、飽和蒸汽壓力、溫度達(dá)到正常值時(shí)，在膨脹節(jié)上部最大膨脹量位置將膨脹節(jié)上部拉桿螺母鎖緊，以增加膨脹節(jié)上部剛性等保護(hù)措施。經(jīng)整改后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，鍋爐水電導(dǎo)率穩(wěn)定最低可降至12 μS/cm；設(shè)備活動(dòng)端鞍座能軸向位移，鞍座最大移動(dòng)量約20 mm（制造公司理論計(jì)算值為15 mm）；膨脹節(jié)上部最大膨脹量約20 mm，下部最大膨脹量約5 mm，膨脹節(jié)上拱彎曲變形現(xiàn)象還是未得到消除。

在裝置發(fā)生緊急停車時(shí)，進(jìn)入設(shè)備的合成氣溫度從430 ℃降至256 ℃左右、壓力從10.93 MPa降至5.65 MPa左右，此時(shí)經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該設(shè)備活動(dòng)端鞍座收縮了約6 mm（此數(shù)據(jù)并不是最大收縮量），活動(dòng)鞍座離開滾棒約0.8 mm，其余未發(fā)現(xiàn)異常。生產(chǎn)恢復(fù)正常后活動(dòng)鞍座又恢復(fù)原位與滾棒相接觸，但鍋爐水電導(dǎo)率卻一直居高不下，最低只能降至40 μS/cm。經(jīng)分析，103J表冷器NH3含量均≥70 mg/L，確認(rèn)該設(shè)備換熱管已發(fā)生泄漏。

隨后，裝置再次發(fā)生緊急停車。當(dāng)管程進(jìn)氣壓力、溫度及殼程飽和蒸汽壓力、溫度降到最低時(shí)，活動(dòng)鞍座收縮了約10 mm；膨脹節(jié)上部未動(dòng)，下部收縮了約3 mm，兩側(cè)收縮了約2 mm；活動(dòng)鞍座離開滾棒的現(xiàn)象同樣存在。生產(chǎn)恢復(fù)正常后，活動(dòng)鞍座再次恢復(fù)原位與滾棒相接觸，鍋爐水電導(dǎo)率進(jìn)一步上升；103J表冷器NH3含量在170～190 mg/L，不凝氣H2%含量在20%～30%。

之后，連續(xù)又連續(xù)發(fā)生兩次裝置停車，最后一次生產(chǎn)恢復(fù)正常后，103J表冷器NH3含量上升至在230～250 mg/L，不凝氣H2%含量上升至29%～31%。

3.3 原因分析

事故發(fā)生后，公司及時(shí)聯(lián)系設(shè)備制造單位，就設(shè)備發(fā)生泄漏事項(xiàng)展開討論并提出處理意見，具體如下：

公司一直認(rèn)為該設(shè)備在偏錐筒體上設(shè)置膨脹節(jié)，存在設(shè)計(jì)問題。由于殼程存在偏錐，在工作狀態(tài)下殼程產(chǎn)生附加彎矩力，導(dǎo)致膨脹節(jié)受力不均。而膨脹節(jié)剛性又相對(duì)較弱，故膨脹節(jié)發(fā)生了相對(duì)彎曲變形，且活動(dòng)端的來回軸向移動(dòng)只能靠管束的膨脹變形力來進(jìn)行推、拉，管束與管板間焊接接頭將長(zhǎng)期存在推、拉應(yīng)力。當(dāng)溫度發(fā)生變化，管束膨脹應(yīng)力無法將活動(dòng)端推、拉動(dòng)時(shí)，能量集聚后會(huì)發(fā)生焊接接頭頂裂或拉脫現(xiàn)象。制造單位當(dāng)初在制造過程中對(duì)殼程進(jìn)行強(qiáng)度水壓試驗(yàn)時(shí)就發(fā)生過膨脹節(jié)上供彎曲變形現(xiàn)象，后來才增設(shè)保護(hù)套及拉桿，雖然進(jìn)行了整改，但投入運(yùn)行后膨脹節(jié)上拱彎曲變形問題還是未得到解決。從目前的情況看，膨脹節(jié)保護(hù)套還存在卡塞現(xiàn)象，阻礙管束的自由收縮。制造單位認(rèn)為，為滿足換熱管材料更改后管、殼程溫差引起的熱膨脹量不同，在筒體上設(shè)計(jì)膨脹節(jié)是按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)論是合格的；造成活動(dòng)端鞍座無法靈活移動(dòng)的原因，在于當(dāng)初將鞍座放置在水泥基礎(chǔ)上摩擦力大，以及氣體出口管約束力大。

4 第三臺(tái)設(shè)備

為徹底了解該設(shè)備存在的問題，公司組織人員收集國(guó)外設(shè)備技術(shù)資料、國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)資料和制造資料，經(jīng)過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)以下差異：①設(shè)計(jì)院更新設(shè)計(jì)的折流板數(shù)量較國(guó)外少，國(guó)外為13塊，國(guó)內(nèi)為9塊；③國(guó)內(nèi)更新設(shè)計(jì)時(shí)取消了脫鹽水進(jìn)液分布槽；③國(guó)內(nèi)在操作中出現(xiàn)低液位，即設(shè)備上部換熱管出現(xiàn)干燒現(xiàn)象。針對(duì)以上現(xiàn)象，公司邀請(qǐng)?jiān)O(shè)備制造單位、設(shè)計(jì)院和行業(yè)專家一起討論更新方案，最終決定采用國(guó)外原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用國(guó)內(nèi)已經(jīng)成熟的耐熱鋼制造，管板與換熱管同材料，取消堆焊層（圖3）。經(jīng)過重新制造，設(shè)備投用至今未發(fā)現(xiàn)任何問題。

5 教訓(xùn)與經(jīng)驗(yàn)

回顧該設(shè)備的更新之路，值得總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)有以下3點(diǎn)：①引進(jìn)設(shè)備要嚴(yán)格檢修，特別是引進(jìn)的利舊設(shè)備，應(yīng)該充分消化該設(shè)備的歷史檢修數(shù)據(jù)，為項(xiàng)目建設(shè)做好提前量；②嚴(yán)格對(duì)比引進(jìn)設(shè)備的更新方案，深入討論修改的部分，防止因國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)差異造成設(shè)備投用問題；③充分論證設(shè)備的更新設(shè)計(jì)，僅設(shè)計(jì)單位、制造單位或業(yè)主單方面改變?cè)O(shè)計(jì)方案，容易造成不可挽回的損失。