南哲（神華鄂爾多斯煤制油分公司催化重整裝置，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

立式換熱器更換新管束和膨脹節(jié)的檢修管控

南哲（神華鄂爾多斯煤制油分公司催化重整裝置，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

分析了立式換熱器的結(jié)構(gòu)特征，詳細(xì)闡述了檢修過程中質(zhì)量要求和質(zhì)量控制的具體情況，使設(shè)備在檢修完畢后能夠正常運行。

立式換熱器;結(jié)構(gòu)特點;檢修管控

立式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱效率高、系統(tǒng)壓降小等特點，被廣泛應(yīng)用于催化重整裝置中，它的工作條件非?？量?，不僅屬于高溫臨氫設(shè)備，在原料油中含有硫、氮、氧、氯等化合物，這些雜質(zhì)的存在造成設(shè)備的腐蝕，特別是對換熱設(shè)備管束腐蝕比較厲害。為了確保裝置長周期安全穩(wěn)定生產(chǎn)，在停工大檢修期間，針對已投用10年的立式換熱器解體檢查，并更換了管束及膨脹節(jié)。立式換熱器存在著檢修和清理相對困難的特點，本次檢修中采取了一系列的質(zhì)量保證措施。

1 立式換熱器結(jié)構(gòu)特點及主要參數(shù)

該立式換熱器主要由殼體、管束、管箱、浮頭椎體、下部殼體等幾部分組成，主要特點是管束為固定管板+浮動管板形式；固定管板與殼體焊接為一體；浮動管板通過鉤圈與浮動椎體相連；鉤圈外徑大于殼體內(nèi)徑的形式。

立式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，有關(guān)主要參數(shù)如表1所示。

圖1 立式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

表1 立式換熱器的主要參數(shù)

2 立式換熱器的檢修

2.1 拆除管、殼程出入口法蘭連接。

2.2 將管程入口處膨脹節(jié)頂部的連接螺栓全部拆除，使浮動椎體與下部殼程脫離。

因設(shè)備結(jié)構(gòu)特殊性，工藝吹掃完后的下部殼體存油只能通過下部殼體排凝管排凈，在做這個措施時，務(wù)必加以判斷此排凝管是否堵塞，排凝管微漏時誤認(rèn)為全部排凈存油，當(dāng)松動連接栓時，存油會通過浮動錐體和下部殼程之間密封往外漏油，導(dǎo)致施工安全隱患。

2.3 拆除下部殼體和殼體法蘭螺栓，將下部殼體拆卸。

檢修的難點是更換膨脹節(jié)和更換管束（管板是焊接在殼體和管箱之間的結(jié)構(gòu)）情況下如何保證管程總長度（管束+浮頭錐體）與設(shè)計值一樣。管、殼程密封是通過下部殼體和浮頭錐體之間的兩道密封（使用纏繞墊，厚度4.5mm），防止管、殼程介質(zhì)互竄，但是纏繞墊壓緊量有限，切按設(shè)計要求回裝時膨脹節(jié)不能受力，拆卸下部殼體之后需要做一系列大量細(xì)致測量工作。在此做了以下測量：1）殼體下法蘭到鉤圈間隙；2）殼體下法蘭到浮頭錐體下法蘭的總長度；3）浮頭錐體水平度；4）殼體下法蘭到管束浮動管板之間的間隙；5）浮動錐體的上、下法蘭間總長度。因為此利舊換熱器使用時間長，測量數(shù)據(jù)跟設(shè)計值會有所出入。但是通過利舊設(shè)備測量數(shù)據(jù)和圖紙設(shè)計數(shù)據(jù)的共同掌握分析，才對更換新膨脹節(jié)和新管束檢修有更大的把握。

2.4 拆除鉤圈與浮動管板螺栓，將浮動椎體拆卸。

浮頭錐體的上法蘭沒有方向，是使用鉤圈與管束浮動管板連接，因為下部殼體長度大于浮頭錐體長度，所以浮動錐體下法蘭與下部殼體的下法蘭連接后怎么確保下部殼體出口法蘭與管道法蘭對應(yīng)是檢修難點之一，并且更換膨脹節(jié)之后保證浮頭錐體水平度也是檢修難點，因為水平度的偏差，使浮動錐體的密封凸面壓緊不到下部殼體的密封凹面處的墊片，解決以上問題，要做詳細(xì)的設(shè)備部件方向性標(biāo)識工作。

2.5 拆卸浮頭椎體分配盤，檢查內(nèi)部腐蝕、結(jié)垢情況。

2.6 切割浮頭椎體的膨脹節(jié)。

首先新膨脹節(jié)與舊膨脹節(jié)對照，測量檢測數(shù)據(jù)，并記錄好長短偏差。

更換新膨脹節(jié)回裝后，浮頭椎體上下法蘭成一體的，所以注意新膨脹節(jié)回裝前做好方向標(biāo)識。

利舊膨脹節(jié)務(wù)必在原浮頭椎體焊口后處切割，切割后的短節(jié)及新膨脹節(jié)端口需要按設(shè)計圖紙要求打磨處理。

2.7 切割固定管板，使固定管板與殼體和管箱脫離。

利用半自動管道切割機（可生成較好的坡口面）在原來的固定管板上下焊口全部切割。實際工作如下：1）切割前管箱出口法蘭處掛兩條螺栓，防止固定管板被切割之后管箱偏移，產(chǎn)生隱患；2）固定管板上的排氣口與半自動管道切割機的切割路線擋礙，需切割；3）固定管板切割前在上下焊口處畫水平線，并測量數(shù)據(jù)，以保證回裝新管束后換熱器管、殼程總長度不變；4）為了保證管箱出口法蘭與管道法蘭的垂直度對齊，固定管板的四邊畫垂直線；5）施工過程中切割固定管板上下兩道焊口時在殼程入口管線處半自動管道切割機路線被擋住，約有30公分距離需手動電弧焊切割。

2.8 吊裝管箱和管束

使用250噸吊車把管箱緩慢放置在地面，需側(cè)放，因為管箱短節(jié)處需按設(shè)備圖紙設(shè)計要求打磨坡口處理。

對管束進(jìn)行吊裝前，先在固定管板處焊2個吊耳，PT合格后吊裝使用，本次檢修中準(zhǔn)備的吊耳材質(zhì)為20#鋼，此管板材質(zhì)為15CrMo，所用焊條選定為J507。

吊裝管束過程中，應(yīng)隨時觀察吊裝重量的變化，若發(fā)現(xiàn)吊裝重量突然增大時，應(yīng)檢查浮動管板或管束是否與殼體內(nèi)壁摩擦，在采取必要措施后，方可繼續(xù)作業(yè)，本次起吊過程比較順利，未發(fā)生有大的摩擦。

2.9 殼體的切口和新管束固定管板做坡口打磨處理。

2.10 回裝新管束。

新管束運至現(xiàn)場后使用沉木墊在管束的滑道和折流板處平放。

新管束固定管板需焊接4個吊耳，PT合格后吊裝使用。吊裝管束回裝時不得受壓，吊裝鋼繩用專業(yè)的保護(hù)套保護(hù)，防止管束摩擦破損。

新管束緩慢放入殼體中，當(dāng)固定管板接近殼體時墊4塊鋼板，按設(shè)計要求保證預(yù)留坡口焊接間隙無誤，墊板間隙通過測量管束浮動管板和殼體下法蘭間距，可以微調(diào)，保證回裝管束的總長度與設(shè)計值要一致，并且確保管束的水平度，間隙定位好之后固定管板和殼體的四角點焊，吊車吊鉤可以去掉。

2.11 固定管板與殼體焊接。

2.1 1.1固定管板與殼體焊接，氬弧焊打底，應(yīng)做好防風(fēng)、防水措施。

2.1 1.2固定管板材質(zhì)為15CrMo，殼體材質(zhì)為14Cr1Mo，焊接評定分析，焊絲選定H13GrMoA、焊條選定R307，此焊條烘干溫度為350℃×1h。氬弧焊打底使用2mm焊絲，打底兩層，按設(shè)計要求厚度為3mm，焊條電弧焊使用4mm，覆蓋4-5層。

2.1 1.3氬弧焊打底、焊接時做好消氫處理，有兩種方法，一是加電熱毯加熱；二是氣焊加熱，本次檢修使用后者方法，通過測溫槍測量保證消氫溫度不低于200℃。

2.1 1.4焊接完成后安排做熱處理，采用電加熱帶進(jìn)行加熱，按熱處理規(guī)范和洛陽院設(shè)計綜合要求評定，以200℃/h溫升加熱溫度到400℃，再以130℃/h升溫速度加熱到680℃，保溫4h，然后以170℃/h速度降溫至400℃后自然冷卻。熱處理時加熱區(qū)的部位（每側(cè)保溫寬度不少于300mm）覆蓋礦砂棉進(jìn)行保溫。本次熱處理使用智能型溫控儀（溫控范圍：0-1000℃、電壓：220V、功率：60KW）。

2.1 1.5熱處理完成后對焊口進(jìn)行UT、PT和硬度檢測，焊接質(zhì)量均符合焊接規(guī)范和洛陽院設(shè)計要求。

2.12 固定管板和殼體焊接后再次測量浮動管板和殼體下法蘭距離，以記錄焊前、焊后的管束伸縮量變化比對，留經(jīng)驗數(shù)據(jù)，為了下一步膨脹節(jié)焊接提供事實數(shù)據(jù)。最終目的就是保證管程（管束+浮動錐體）總長度要達(dá)到設(shè)計值。

2.13 殼程試壓。

2.1 3.1提前準(zhǔn)備好打壓工裝，使用石棉板做臨時密封墊片。

2.1 3.2緊固工裝螺栓，壓緊工裝石棉繩，防止泄漏。

2.1 3.3打壓工裝設(shè)置注水孔，開始注水，從固定管板的排氣管排氣，水充滿殼體之后使用打壓泵升壓，因更換新管束，要確保殼體新焊口無泄漏，此次試壓做強度密封試驗，試驗壓力為殼程設(shè)計壓力的1.25倍，穩(wěn)壓1小時，進(jìn)行全面檢查。

2.14 回裝管箱。

殼程打壓檢查無泄漏之后可回裝管箱。

2.1 4.1固定管板與管箱焊接，氬弧焊打底，應(yīng)做好防風(fēng)、防水措施。

2.1 4.2固定管板材質(zhì)為15CrMo，管箱材質(zhì)為15CrMo，焊接評定分析，焊絲選定H13GrMoA、焊條選定R307，此焊條烘干溫度為350℃×1h。氬弧焊打底使用2mm焊絲，打底兩層，按設(shè)計要求厚度為3mm，焊條電弧焊使用4mm，覆蓋4-5層。

2.1 4.3氬弧焊打底、焊接時做好消氫處理，有兩種方法，一是加電熱毯加熱；二是氣焊加熱，本次檢修使用后者方法，通過測溫槍測量保證消氫溫度不低于200℃。

2.1 4.4焊接完成后安排做熱處理，采用電加熱帶進(jìn)行加熱，按熱處理規(guī)范和洛陽院設(shè)計綜合要求評定，以200℃/h溫升加熱溫度到400℃，再以130℃/h升溫速度加熱到680℃，保溫4h，然后以170℃/h速度降溫至400℃后自然冷卻。熱處理時加熱區(qū)的部位（每側(cè)保溫寬度不少于300mm）覆蓋礦砂棉進(jìn)行保溫。本次熱處理使用智能型溫控儀（溫控范圍：0-1000℃、電壓：220V、功率：60KW）。

2.1 4.5熱處理完成后對焊口進(jìn)行UT、PT和硬度檢測，焊接質(zhì)量均符合焊接規(guī)范和洛陽院設(shè)計要求。

2.15 殼程試壓結(jié)束后對浮動管板和殼體下法蘭間隙再次測量，一是通過試壓前后的管束伸縮數(shù)據(jù)變化，可以預(yù)判下一步管程試壓后管束伸縮變化提供良好的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。二是測量管束整體水平度，確保浮頭錐體密封凸面正確的壓到下部殼體密封凹面處。

2.16 通過第3.12條施工步驟和第3.15條施工步驟的記錄數(shù)據(jù)分析，對下一步浮頭錐體的新膨脹節(jié)安裝能做出相應(yīng)的調(diào)整，確保管程總長度（管束+浮頭錐體）和水平度都達(dá)到設(shè)計要求。

2.17 浮頭錐體組裝新膨脹節(jié)。

2.1 7.1首先組裝浮動錐體的錐筒和新膨脹節(jié)，錐筒的材質(zhì)為16Mn，新膨脹節(jié)骨架材質(zhì)為20#鋼，要求氬弧焊打底，再用焊條電弧焊。焊前做好消氫處理，氬弧焊絲選用H10MnSi，焊條選用J507，焊條烘干溫度為350℃×2h。

2.1 7.2吊裝浮頭錐體短節(jié)前在新膨脹節(jié)骨架處點焊3塊鋼板，防止短節(jié)吊裝后自身重力對新膨脹節(jié)受壓變形。

2.1 7.3組裝浮頭錐體短節(jié)時一邊焊接一邊測量數(shù)據(jù)，有誤差及時調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。短節(jié)的材質(zhì)為20#鋼，新膨脹節(jié)骨架材質(zhì)為20#鋼，要求先氬弧焊打底，再焊條電弧焊。焊前做好消氫處理，氬弧焊絲選用H08MnA，焊條選用J427，焊條烘干溫度為350℃×2h。

2.18 回裝浮頭錐體。

2.1 8.1通過測量數(shù)據(jù)，反復(fù)微調(diào)鉤圈旋轉(zhuǎn)方向，保證浮頭錐體法蘭和浮動管板法蘭對齊后，防止下一步回裝下部殼體時本體法蘭和管線法蘭對齊的情況下，出現(xiàn)下部殼體與浮頭椎體螺栓對不齊的情況。

2.1 8.2浮頭錐體組裝后在新膨脹節(jié)點焊的鋼板去掉。

2.1 8.3新膨脹節(jié)上下焊口做UT、PT檢測，無損檢測合格后方可做下一步管程打壓。

2.19 管程試壓。

2.1 9.1將新膨脹節(jié)的拉桿螺母擰到極限位置，按設(shè)計要求以免管程試壓時膨脹節(jié)受力拉壞。

2.1 9.2浮頭錐體下法蘭安裝打壓盲板，開始注水，從管箱管程出口處排氣，管程充滿水后使用打壓泵升壓，本次檢修因更換新膨脹節(jié)和新管束，為了檢驗新焊口合格，做強度密封試壓試驗。試驗壓力是按設(shè)計要求的1.1MPa，穩(wěn)壓1小時，全面檢查。

2.1 9.3試壓合格后管程排水，排水時注意管程出口的臨時盲板抽出，防止管程抽空損壞。

2.1 9.4試壓水排凈后新膨脹節(jié)的拉桿螺母擰到初始位置，按設(shè)計要求檢修后新膨脹節(jié)不能受力。

2.1 9.5管程試壓結(jié)束后對管程（管束+浮頭錐體）總長度和水平度做最后一次的復(fù)測數(shù)據(jù)。在本次實際檢修中，各項指標(biāo)已全部達(dá)到設(shè)計值。

2.20 回裝下部殼體。

回裝前應(yīng)確保下部殼體下法蘭雙密封面和上法蘭一個密封面完好，并更換新墊片。

2.21 整體試壓。

按總圖組裝好以后，按設(shè)計要求做整體試壓，將管程和殼程同時升壓，但任意瞬間管程和殼程壓差始終不超過1.1MPa（膨脹節(jié)水壓試驗最大值），管程從下部殼體入口法蘭安裝試壓盲板，注水升壓，殼程從下部殼體排凝口處注水升壓，當(dāng)管程壓力升至3.37MPa，殼程壓力升壓至2.27MPa，穩(wěn)壓1小時，進(jìn)行全面檢查。

2.22 回裝管、殼程出入口法蘭連接。

3 結(jié)語

（1）立式換熱器檢修后，于2014年6月5日投用至今，運行正常，證明此次檢修是成功的；

（2）此次檢修結(jié)構(gòu)復(fù)雜的立式換熱器，不僅進(jìn)行了大膽的、有益的嘗試，突破諸多技術(shù)難關(guān)，而且從根本上消除了裝置存在的隱患；

（3）此次立式換熱器檢修成功，對行業(yè)內(nèi)同類問題的處理，具有一定的借鑒意義。

[1]全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.鋼制管殼式換熱（GB151-2014).中國質(zhì)檢出版社.2014.

[2]化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會編.換熱器設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社.2003.

[3]《熱處理手冊》編委會.熱處理手冊.機械工業(yè)出版社.1997.

[4]秦叔經(jīng)，葉文幫等編.換熱器.化工工業(yè)出版社.2002.