摘要：針對中海石油華鶴煤化有限公司2017年檢修過程中發(fā)現(xiàn)氨冷器管束焊縫接頭泄漏和發(fā)生腐蝕兩個方面，分析了泄漏原因，在設(shè)計、制造和運行方面提出了相應(yīng)的改進措施。

　　關(guān)鍵詞：換熱管泄漏,處理措施,檢修,改進

　　海油華鶴公司生產(chǎn)裝置運行兩年以來，列管式換熱器的各種故障中管束接頭泄漏所占比重最大。這類由于換熱器泄漏和堵塞而引起整套裝置停車事故已經(jīng)發(fā)生過一起。2017年6月26日進行的停車檢修工作中發(fā)現(xiàn)合成裝置氨冷器的管板和管子間焊縫發(fā)生泄漏，而且數(shù)量呈增長趨勢，泄漏處伴有腐蝕現(xiàn)象，因此分析氨冷器泄漏原因，找出處理對策，盡可能減少該設(shè)備在生產(chǎn)運行中發(fā)生事故的可能性尤為重要。

　　1氨冷器的基本結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

　　氨冷器的外形尺寸為φ1500mm×11586mm、換熱管φ19mm×2mm，殼程有17塊折流板，殼程介質(zhì)為氨(NH3/H2/N2);管程介質(zhì)為循環(huán)水，工作溫度30℃至37℃。

　　2換熱管與管板的連接接頭泄漏原因分析

　　管板和換熱管連接形式主要有脹接、強度焊和脹接加焊接三種，氨冷器采用的是強度焊加脹接(熱處理后)的形式連接。檢修中發(fā)現(xiàn)氨冷器一側(cè)管束泄漏40處，補焊處理后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)新增泄漏點，共計發(fā)現(xiàn)779處泄漏點，占全部換熱管數(shù)量的27%。下面就可能發(fā)生泄漏的原因做如下分析：

　　2.1制造時焊接接頭質(zhì)量不過關(guān)產(chǎn)生的泄漏

　　焊接時，由于高溫產(chǎn)生熱影響區(qū)的附近組織出現(xiàn)塑性變形，加上焊接時未完全按焊接工藝評定的要求施焊，容易形成較大的殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中，這是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的主要原因。氨冷器的制造廠家在焊接質(zhì)量上的不過關(guān)是造成腐蝕失效的重要因素，首先在清洗換熱器過程中發(fā)現(xiàn)很多換熱管與管板間焊縫的形狀不規(guī)則、也不統(tǒng)一，說明制造廠的焊接工人的焊接水平一般，焊縫很大可能存在微氣孔、裂紋、夾渣等缺陷。

　　其次在用戶生產(chǎn)現(xiàn)場第一次打開管箱后發(fā)現(xiàn)換熱管與管板焊縫有很多補焊過的痕跡，說明在設(shè)備出廠前水壓試驗時發(fā)生過泄漏，以此判斷焊接時未按照焊接工藝評定的要求進行作業(yè)，例如焊絲未加熱、電流調(diào)整過高(150A以上)、氬氣量不足等情況。以上說明焊縫質(zhì)量是氨冷器換熱管和管板間焊縫失效的主要原因之一。

　　2.2脹接工藝不過關(guān)產(chǎn)生的泄漏

　　脹接分為機械脹接和液壓脹接。推進式機械脹管是通過控制電流的大小來控制脹管機滾錐的轉(zhuǎn)動，最終使換熱管產(chǎn)生變形而達到與管板連接的目的。這種方法容易使換熱管產(chǎn)生過脹和欠脹，內(nèi)壁發(fā)生硬化或起毛，脹接長度不均勻等情況，導(dǎo)致連接形式應(yīng)力分布不均勻，在使用過程中的溫差變化和應(yīng)力作用下，只要有縱向裂紋，腐蝕介質(zhì)就會侵入使連接失效。

　　液壓脹接從理論上可靠性較機械脹接好，根據(jù)液壓脹接原理及GB151-2014有關(guān)條款，槽間距和槽寬為8mm至9mm之間，就使得對管板厚度要求(氨冷器管板厚度60mm)、對管孔的加工精度及開槽精度要求特別嚴(yán)格，必須保證100%的沒有缺陷。根據(jù)氨冷器制造廠家的資產(chǎn)情況分析，其采用機械脹管可能性很大，同時換熱管損傷的可能性很大，這是造成氨冷器換熱管和管板間焊縫失效的又一主要原因。

　　2.3腐蝕產(chǎn)生的泄漏

　　氨冷器的管程介質(zhì)為循環(huán)水，檢修期間對循環(huán)水的水質(zhì)進行了檢測分析，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水中含有偏酸性的藥劑(pH值4.9-6.1，總鐵2.46mg/L，COD值60.2mg/L)，還有自然環(huán)境中樹葉、昆蟲等物質(zhì)，在這種環(huán)境下(循環(huán)水pH值低小于9.6，含氧量高大于7μg/L，溫度低小于260℃，紊流度大的情況下碳鋼材質(zhì)容易發(fā)生侵蝕)形成垢下腐蝕，因腐蝕開裂造成換熱管與管板連接接頭處失效泄漏。

　　另一方面，在管板上和管箱內(nèi)壁都發(fā)現(xiàn)均勻的點蝕現(xiàn)象，從循環(huán)水質(zhì)在非焊接部位存在大面積腐蝕的情況上分析，焊縫處產(chǎn)生的泄漏的另一個主要原因就是腐蝕導(dǎo)致金屬流失，焊縫減薄產(chǎn)生的泄漏。

　　3處理措施和改進方向

　　本次檢修的時間非常短暫，2984根換熱管的清洗工作用時72h(連續(xù)作業(yè))，剩下的時間僅僅有6天時間。在短暫的時間內(nèi)處理有泄漏趨勢的換熱器，采取最好的辦法就是補焊加防腐處理。氨冷器在經(jīng)過7次的補焊作業(yè)、試壓試漏等循環(huán)性工作之后，終于在處理第779處漏點時試壓合格。下面就闡述一下?lián)Q熱器泄漏的處理措施：

　　3.1補焊作業(yè)

　　氨冷器管板材質(zhì)為16MnⅢ(NB/T47008-2010)，換熱管材質(zhì)為16Mn(GB6479-2000)，故采用的焊絲材質(zhì)為E5015(φ2.5)或焊條J507R(φ3.2)。首先，補焊換熱管時保證焊條的溫度，間隔換熱管進行補焊作業(yè)，電流控制在70A-110A，減少焊接熱影響區(qū)對周圍焊縫的影響，避免引發(fā)應(yīng)力開裂形成聯(lián)鎖泄漏的現(xiàn)象。

　　其次，對發(fā)生泄漏的換熱管進行力度敲擊，補焊前釋放部分應(yīng)力集中，在實際的操作過程中起到了很好的效果。第三，補焊前對焊接部位進行打磨和烘干，因換熱管內(nèi)存在殘留的循環(huán)水濕度很大，打磨和烘干作業(yè)避免形成夾渣和微氣孔等缺陷。

　　3.2防腐蝕措施

　　高壓射流清洗工作中發(fā)現(xiàn)氨冷器泄漏的情況，因事發(fā)突然、檢修時間短，在防腐材料的選擇上、在防腐材料購買到貨上局限性非常大，采取的防腐手段極為有限。應(yīng)急情況下在管箱內(nèi)表面和管板表面上涂抹環(huán)氧樹脂涂料，在短時間內(nèi)可以避免循環(huán)水中酸性物質(zhì)和微生物結(jié)垢而產(chǎn)生的腐蝕。

　　另一方面，公司調(diào)整循環(huán)水加藥配比，控制循環(huán)水的pH值，對氨冷器的腐蝕減小到最低的程度;在循環(huán)水泵入口處增加入口濾網(wǎng)，改造成可替換、可清洗的結(jié)構(gòu)形式，防止雜物進入循環(huán)水系統(tǒng)。

　　4改進措施

　　4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計上的改進

　　氨冷器安裝是西高東低，在設(shè)計上考慮結(jié)構(gòu)西側(cè)循環(huán)水進入全部的管箱，盡量消除空氣層，避免因干濕變化引起腐蝕;換熱管與管板的連接采用強度焊加貼脹的結(jié)構(gòu)，貼脹增強抗疲勞破壞能力，依據(jù)現(xiàn)代制造技術(shù)，建議設(shè)計上要求液壓脹管;增加管板厚度來保證脹接長度。

　　4.2制造過程中的改進

　　(1)嚴(yán)格控制管板的加工精度，管板密封面與殼體軸線垂直公差控制在1mm以內(nèi)，與自身軸線垂直公差控制在0.4mm;管孔嚴(yán)格垂直于密封面，不允許存在縱向條痕。(2)控制焊接工藝，防止大電流焊接引起過熱，造成晶粒組織粗大及產(chǎn)生過大的殘余應(yīng)力。絕對不允許有氣孔、裂紋及夾渣等缺陷的存在;焊接方式采用氬弧焊，換熱管與管板焊接接頭應(yīng)進行100%磁粉檢測，按JB/T4730-2005中Ⅰ級合格進行驗收。

　　(3)貼脹采用液壓脹接的方法，保證管板與管子的連接處脹度一致，整個長度上應(yīng)力分布均勻。脹接采用的液壓的壓力大小要做小樣試驗，根據(jù)經(jīng)驗選擇一個壓力值進行樣本管子脹接，實測脹接前后管子內(nèi)徑的數(shù)值，用管子內(nèi)徑增大率來計算脹管率。(4)換熱器制造完成后進行水壓試驗，保壓時間適當(dāng)加長可以消除部分應(yīng)力。試壓試驗合格后進行氣密性試驗再進行整體熱處理。(5)換熱器安裝前對管板和管箱進行涂層防腐處理(現(xiàn)代技術(shù)進行循環(huán)水預(yù)膜防腐處理，氨冷器在實際操作效果上看并不明顯)，防腐層必須緊密，不能脫殼，否則會形成高濃度腐蝕環(huán)境，引起管子與管板連接接頭失效。建議選用耐高溫耐腐蝕的氟碳涂料。

　　4.3生產(chǎn)操作上和循環(huán)水質(zhì)的改進

　　合成裝置在操作上避免換熱器在啟停過程中溫升率、溫降率超過設(shè)計值，保護換熱器在合理的溫差變化范圍之內(nèi)。循環(huán)水經(jīng)過加藥處理后的pH值建議在9.6以上，很大程度上減少碳鋼材質(zhì)列管式換熱器發(fā)生腐蝕的幾率。

　　5結(jié)束語

　　氨冷器本次發(fā)生的泄漏現(xiàn)象并非偶然，很大程度上是在制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控缺失造成的，同時在生產(chǎn)運行中循環(huán)水介質(zhì)的變化產(chǎn)生的腐蝕導(dǎo)致泄漏的呈擴大趨勢。以氨冷器泄漏為出發(fā)點，分析碳鋼材質(zhì)列管式換熱器發(fā)生泄漏的原因，提出在設(shè)計環(huán)節(jié)考慮結(jié)構(gòu)改進、在制造環(huán)節(jié)注重質(zhì)量把控和關(guān)鍵制造節(jié)點樣本試驗，在生產(chǎn)運行過程合規(guī)操作，在介質(zhì)變化中穩(wěn)定酸堿度和提升防腐措施。

　　采取以上措施并完全應(yīng)用在氨冷器的各個環(huán)節(jié)上，可以延長該設(shè)備的使用壽命，非正常停車的情況就很少會發(fā)生，生產(chǎn)更加穩(wěn)定可靠，用戶的經(jīng)濟效益也會得到保障。

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