包永祥 劉倍倍

中原大化集團(tuán)公司 河南濮陽市

一、纏繞管式換熱器概述

纏繞管換熱器是一種高效換熱設(shè)備，廣泛用于工業(yè)深冷，集團(tuán)公司使用的深冷氫回收裝置11E001再生預(yù)熱器即為纏繞管式換熱器，其特殊的結(jié)構(gòu)和苛刻的工作條件給檢修帶來很大困難。換熱器采用法國液空公司的專利技術(shù)，為雙聯(lián)管纏繞結(jié)構(gòu)，分別走凈化后的尾氣和富氫氣。換熱管在芯筒與外殼之間的空間內(nèi)按螺旋線形分層纏繞、相互間隔，纏繞方向及流向相反，層間以2mm厚20mm寬的鋁帶隔開；兩種氣體分別在上下共8個(gè)管箱內(nèi)進(jìn)入、匯合。燃料氣走中間芯筒。換熱器的結(jié)構(gòu)和流程見圖1。

圖1 換熱器結(jié)構(gòu)和流程

整臺換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積傳熱面積比較大，每立方米傳熱面積為58.82m2，同時(shí)，傳熱強(qiáng)度大，傳熱系數(shù)高，流體在螺旋管內(nèi)流動會形成二次環(huán)流，強(qiáng)化了換熱效果，相當(dāng)于同體積換熱器換熱效果的近10倍。換熱器各部分所用材料見表1。

表1 換熱器各部分材料表

二、泄漏情況的確定

1.事故的發(fā)現(xiàn)

設(shè)備在正常工藝操作下，負(fù)荷為22km2/h，入冷箱尾氣含氫為62%，出冷箱燃料氣含氫為16%～20%。當(dāng)運(yùn)行中燃料含氫突然升高，且確定HV11002、TV11006處于關(guān)閉狀態(tài)無泄漏，即可初步確認(rèn)高壓側(cè)管子泄漏。此次泄漏事故中，燃料氣中氫的含量達(dá)到40%。進(jìn)一步證實(shí)判斷方法的正確性。

2.泄漏系統(tǒng)確認(rèn)

割下相關(guān)連接管線以及上、下所有管箱，分別將尾氣、氫以及燃料氣出入口總管法蘭盲死，使設(shè)備與系統(tǒng)隔離。在殼側(cè)接儀表空氣（0.5MPa），觀察觀察各系統(tǒng)壓力表指示，如果某系統(tǒng)有壓力形成則證明該系統(tǒng)存在泄漏。此次泄露為氫系統(tǒng)泄露

3.泄漏位置確認(rèn)

在氫系統(tǒng)相應(yīng)管箱管口抹肥皂水試漏，將冒泡的管子做標(biāo)記。之后在上管箱做記號的管中分別注水，下管箱中有水流出的管口即為其對應(yīng)下管口，并判斷該管泄漏；如果某標(biāo)記上管口未發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的下管口，則判斷該管為斷管。經(jīng)試壓確認(rèn)，這次此次泄露為氫系統(tǒng)泄露。共8根。

三、檢修方案

1.管箱解體

纏繞管換熱器內(nèi)部管路復(fù)雜，易堵塞，難疏通，解體管箱時(shí)要避免雜質(zhì)進(jìn)入甚至堵管。管箱的解體最好使用砂輪切割，但為了加快施工進(jìn)度采用了碳弧氣刨。需要注意的是氣刨作業(yè)時(shí)不能直接切透，否則容易造成換熱管堵。應(yīng)先使用碳弧氣刨切薄，然后使用砂輪機(jī)切透，最后修磨。修磨工作可以在車床上進(jìn)行，氣刨層要完全切除，避免碳含量增加；坡口25°平整，以利焊接。

2.壞管處理方案

因?yàn)榇祟悡Q熱器換熱管材料為AL+9%Ni，過熱將有很大的收縮變形，加上低溫高壓的環(huán)境，所以堵管工作不宜焊接，可采用螺紋配合膠連接。

檢修采取的膠為環(huán)氧類低溫粘接專用膠，有三種組分，按質(zhì)量比A∶B∶C=5∶1∶0.2配制。不同溫度所需固化時(shí)間為60℃為8h,100℃為2h，130℃為1h?，F(xiàn)場采用130℃環(huán)境固化1h，需要用碘鎢燈來烘烤輔助固化。

3.堵管作業(yè)

將漏管和斷管管端磨平，鉆孔攻絲，以絲堵涂密封膠將兩端堵死，適當(dāng)加熱加速固化。這種處理方法僅減小了介質(zhì)的流通面積，對換熱影響不大。

4.換熱管試漏

堵管工作完成后，密封上下所有管箱。在殼程用氮?dú)饧訅褐?90kPa，保壓6h。尾氣和氫系統(tǒng)中壓力表指示為0時(shí)，表明修復(fù)良好。一旦未達(dá)到要求，應(yīng)打開箱管蓋板，進(jìn)一步查漏修復(fù)。

5.回裝及上下管箱和相關(guān)管線焊接

管箱承受-196℃低溫和10MPa的高壓，對焊縫的低溫韌性要求很高，必須嚴(yán)格控制焊縫中的雜質(zhì)含量。焊接前需要對焊口100mm范圍內(nèi)使用丙酮清洗，并采用保護(hù)性能好的氬弧焊焊接。管箱材料為德國DIN標(biāo)準(zhǔn)1.4404，對應(yīng)美國AISI標(biāo)準(zhǔn)316L，焊絲應(yīng)選用ER316L。為使焊縫得到有效的保護(hù)，采取間隙式接頭，并在背后墊316L襯環(huán)的方法使焊縫得到充分保護(hù)。用塞尺檢查時(shí)，襯環(huán)與管箱內(nèi)壁的間隙應(yīng)＜0.5mm。

修復(fù)工作完成后，應(yīng)按工藝要求對各組件回裝焊接。管道的焊接與管箱相同。焊后100%射線探傷，所有焊縫均須達(dá)Ⅱ級以上。相關(guān)焊口尺寸見圖2。

四、高壓試驗(yàn)及修復(fù)效果

1.準(zhǔn)備工作

所有閥門、安全閥經(jīng)檢查調(diào)試合格，安裝復(fù)位。試壓用接管、閥門，應(yīng)嚴(yán)格檢查，壓力表采用PN15680KPa，1.5級表，氣源為干燥潔凈氮?dú)狻?/p>

圖2 焊口尺寸

2.試壓標(biāo)準(zhǔn)

試壓嚴(yán)格按設(shè)備試壓曲線進(jìn)行，壓力以每30min、980kPa緩緩上升，每升高980kPa,保壓30min，并用肥皂水檢查各個(gè)泄漏點(diǎn)及各焊接處，如有泄漏做好標(biāo)記。達(dá)到給定壓力值11370kPa后，保壓6h，壓力每小時(shí)降2940kPa以下，為密封合格。

換熱器自2008年7月大修后，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，氫回收率達(dá)到80%，接近設(shè)計(jì)值90%，檢修工作達(dá)到了預(yù)期目的。