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氨冷凝器泄漏的原因分析及處理措施

時間:2019年08月05日 分類:科學(xué)技術(shù)論文 次數(shù):

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

  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

化工評職知識

  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。

  參考文獻

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