列管式換熱器管板與換熱器連接的問(wèn)題

在化工生產(chǎn)中，由于高溫高壓下?lián)Q熱器的工作特點(diǎn)，將換熱器管板與換熱器連接之間的泄漏作為最容易泄漏和故障的地方，也不容易解決。因此，在化工生產(chǎn)實(shí)踐中，由于換熱裝置的使用壽命短，設(shè)備其他部分損壞，但無(wú)法使用，因此返回車間進(jìn)行維修和報(bào)廢，這給公司造成了巨大的損失。所以,研究現(xiàn)場(chǎng)維修的技術(shù)解決換熱器滲漏問(wèn)題,對(duì)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和降低設(shè)備維修費(fèi)用意義重大。為此,筆者結(jié)合企業(yè)檢修實(shí)踐和理論計(jì)算,總結(jié)出通過(guò)縮進(jìn)坡口角焊技術(shù)解決維修換熱器滲漏裂縫的技術(shù)方法。廢熱鍋爐是合成氨化工企業(yè)常見的設(shè)備,但合成塔合成氣出口的廢熱鍋爐卻容易泄露。下面以西北某企業(yè)合成氨裝置的換熱器——合成塔合成氣出口廢熱鍋爐的檢修為例來(lái)說(shuō)明該技術(shù)。該企業(yè)合成氨系統(tǒng)停車檢修中,合成塔合成氣出口的第一臺(tái)換熱設(shè)備——廢熱鍋爐的兩個(gè)換熱管頭角焊縫出現(xiàn)泄露。常規(guī)方法都是對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊作業(yè)修復(fù),但如果方法不當(dāng),技術(shù)運(yùn)用不好,很容易出現(xiàn)反復(fù)滲漏現(xiàn)象,而且會(huì)越來(lái)越難以修補(bǔ)。為解決這個(gè)問(wèn)題,筆者與有關(guān)技術(shù)人員對(duì)企業(yè)的合成塔合成氣出口廢熱鍋爐經(jīng)過(guò)幾次的維修,在不斷總結(jié)改進(jìn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)技術(shù)攻關(guān),科學(xué)計(jì)算,精心操作,成功地維修好了該換熱器并且穩(wěn)定運(yùn)行2年多,為企業(yè)降低了維修費(fèi)用,節(jié)約了維修時(shí)間,縮短了維修周期,提高了生產(chǎn)效率。1管板及換熱管的選用需要維修的廢熱鍋爐屬于三類壓力容器,該設(shè)備的工作狀態(tài)是:介質(zhì)為NH3、H2、N2組成的混合氣。工作溫度和壓力如下:U形管換熱管的布排方式比較特殊,管子的進(jìn)口部分集中在管板的中心Ф660mm的范圍內(nèi),出口管處于管板的邊沿,呈環(huán)向分布;在二者的中間有一高于管板表面200多毫米的支撐圈,用于連接混合氣進(jìn)口總管及連接到管板的進(jìn)口換熱管,形成一個(gè)進(jìn)口通道。該設(shè)備管板直徑Ф1100mm,厚度260mm,且為復(fù)合管板,復(fù)層厚度6mm,基層和復(fù)層(堆焊層)材料為SA-336F22及CL-3。換熱管共180根,其規(guī)格是Ф32X2.5mm,換熱管材料為SA-213.T22。(見圖2)。因該換熱設(shè)備只使用了一年時(shí)間便出現(xiàn)問(wèn)題,原設(shè)備制造廠也很重視,派人來(lái)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)維修,并帶來(lái)了焊條、焊絲及焊接工藝。第一次補(bǔ)焊后,發(fā)現(xiàn)補(bǔ)焊后泄漏點(diǎn)越多了,而且發(fā)現(xiàn)之前對(duì)20多個(gè)U形管已進(jìn)行了管頭封堵焊接的焊縫也再次出現(xiàn)泄漏。2支撐圈的基礎(chǔ)和管口的焊接補(bǔ)焊針對(duì)上述問(wèn)題,為了進(jìn)一步查明問(wèn)題原因,維修人員首先再次認(rèn)真查看示意圖紙,了解設(shè)備相關(guān)參數(shù)和材質(zhì)。然后,詳細(xì)分析泄露發(fā)展過(guò)程和第一次補(bǔ)焊作業(yè)過(guò)程:最初兩個(gè)泄漏的管頭在出口管部分,是管頭與管板的角焊縫發(fā)生泄漏。進(jìn)口管部分的全部管頭在支撐圈以內(nèi),且每個(gè)管孔都插入一個(gè)耐高溫導(dǎo)引管,最上端有一20mm厚的小管板將耐高溫導(dǎo)引管固定在支撐圈上。管板復(fù)層材料是耐高溫鉻鎳合金,換熱管材料是耐熱鋼。直徑只有1.1米的管箱空間有限,補(bǔ)焊很不方便。補(bǔ)焊所用焊絲是由制造廠家?guī)?lái)的進(jìn)口焊絲,焊前預(yù)熱到250℃后進(jìn)行了補(bǔ)焊。開始用耐熱鋼焊絲進(jìn)行焊接補(bǔ)焊,原來(lái)泄漏的地方經(jīng)補(bǔ)焊不漏了,但是相鄰的管頭受焊接熱循環(huán)的影響出現(xiàn)新的泄漏。維修組與廠家分析后認(rèn)為是焊接工藝問(wèn)題或者是現(xiàn)場(chǎng)施焊操作問(wèn)題,于是重新制定補(bǔ)焊工藝,采用鎳基焊絲進(jìn)行補(bǔ)焊。但結(jié)果是補(bǔ)焊的管頭越來(lái)越多,而且不少管頭的焊縫將管子拉裂了。制造廠家認(rèn)為該設(shè)備管頭的泄漏在現(xiàn)場(chǎng)已無(wú)法處理,只能拆除返廠,更換換熱管。這意味著,該廠合成氨系統(tǒng)至少要停產(chǎn)一個(gè)多月,將帶來(lái)很大的生產(chǎn)損失。3爭(zhēng)取現(xiàn)場(chǎng)解決的制度為了縮短檢修時(shí)間,維修組組織技術(shù)力量和有關(guān)專家,爭(zhēng)取現(xiàn)場(chǎng)解決,維修好該設(shè)備。為此,維修小組請(qǐng)來(lái)了其他企業(yè)的設(shè)備專家,高等院校科研人員認(rèn)真研究。經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析,精密計(jì)算,確定了坡口角焊修補(bǔ)新方案。3.1管板及管口的管口檢查維修組在有裂紋的換熱管中找了一個(gè)裂紋較深的管子進(jìn)行檢查,將管頭用管子坡口機(jī)切掉管板平面以上部分,用滲透著色的方法檢查。發(fā)現(xiàn)管子端面低于管板平面以后端頭裂紋消失,說(shuō)明具備下一步維修操作的基礎(chǔ)。3.2管箱與管板的連接把修補(bǔ)時(shí)用各種不同的焊絲所焊的焊縫去掉;將換熱管出現(xiàn)泄漏的端頭去除;由于管箱與管板是焊接連接,無(wú)法拆除,耐高溫導(dǎo)引管、20mm厚的小管板以及支撐圈對(duì)裂紋及焊縫去除、補(bǔ)焊作業(yè)影響很大,而且不取掉它們,U形管的另一端也無(wú)法封堵;因此決定先拆掉管板上附件,修補(bǔ)后恢復(fù)。3.3換熱管與管板的組合焊縫確定能否滿足設(shè)備工作溫度和壓力要求。去除原有焊縫,消除管端頭的裂紋,換熱管的端頭低于管板平面,換熱管與管板的組合焊縫在補(bǔ)焊時(shí)也只能變成角焊縫了。這樣的處理能保證焊縫的強(qiáng)度嗎?因現(xiàn)場(chǎng)檢修不宜進(jìn)行破壞性試驗(yàn),所以檢修組采取理論計(jì)算來(lái)確定焊接后強(qiáng)度能否滿足該換熱設(shè)備工作要求。3.3.1更換熱軸向的等效計(jì)算公式查GB151.附錄J,換熱管金屬截面積:按三種工況分別計(jì)算以上三種工況的計(jì)算值均小于換熱管設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力3.3.2計(jì)算管道連接性能和管道板的拉脫力σt取以上計(jì)算最大值l1—換熱管最小伸長(zhǎng)度l3—最小坡口深度4水壓試驗(yàn)結(jié)果及分析焊接前,首先采用手持式管子氣動(dòng)坡口機(jī)進(jìn)行焊縫的清除及管子端頭的切削,將高出管板表面的管子及角焊縫削平;然后更換刀頭將換熱管端頭削至低于管板表面3mm深度;用45°刀頭將管板換熱管孔加工成3×45°的倒角結(jié)構(gòu)(見圖3)。采用滲透探傷方法檢查,結(jié)果顯示缺陷完全清除,具備開始焊接的條件。焊前將補(bǔ)焊面預(yù)熱至100~150℃,采用遠(yuǎn)紅外加熱帶在管板所處的設(shè)備外側(cè)加熱預(yù)熱管板,在管板表面用煤氣直接加熱預(yù)熱,達(dá)到預(yù)熱所需溫度后再開始補(bǔ)焊。采用焊絲直徑Ф2mm的牌號(hào)為AT-ERNi82(型號(hào)ERNiCr-3)進(jìn)行氬弧焊焊接。焊接電流90~130安培,氬氣流量9L/min,焊接層數(shù)2層(見圖4)。焊后進(jìn)行外觀檢測(cè)合格,然后用遠(yuǎn)紅外加熱帶加熱到300℃進(jìn)行消氫處理,等管板表面溫度降至50℃以下后進(jìn)行滲透檢測(cè),結(jié)果為I級(jí)合格。然后水壓試驗(yàn)也未發(fā)現(xiàn)泄漏。恢復(fù)安裝支撐圈、小管板、高溫引導(dǎo)管及進(jìn)氣管等,還原設(shè)備,投入使用。4管頭角焊維修階段,初始市目前,該設(shè)備經(jīng)維修后正常運(yùn)行2年多,再未出現(xiàn)任何泄漏裂縫等問(wèn)題。說(shuō)明運(yùn)用縮進(jìn)坡口角焊技術(shù)維修列管式換熱器管頭滲漏的技術(shù)方法是可行的,這對(duì)以后維修類似換熱器問(wèn)題提供了寶貴的成功經(jīng)驗(yàn)。可以大大節(jié)約拆除、安裝、運(yùn)輸及返廠修理費(fèi)用,縮短維修周期,減少生產(chǎn)系統(tǒng)的停車損失。同時(shí),這種維修換熱管頭縮進(jìn)管板平面的管頭角焊技術(shù)技能以及維修方法,對(duì)化工生產(chǎn)中的其他壓力容器制造及檢修也具有重要的參考價(jià)值和啟發(fā)意義。殼程工作壓力:4.23MPa,工作溫度:220℃。管理工作壓力:14.02MPa,工作溫度:400/400℃。殼程設(shè)計(jì)壓力:4.9MPa,設(shè)計(jì)溫度:280℃。管理