何文美

（廣安玖源化工有限公司，四川廣安 638019）

0 引言

某公司由國外引進一套閑置的合成氨裝置，根據(jù)商檢規(guī)定，設備到達現(xiàn)場后需要開展到貨檢驗工作。經(jīng)具有進出口特種設備檢驗資質(zhì)的省特種設備檢驗研究院檢驗后，給出檢驗意見：“MT檢測發(fā)現(xiàn)面對銘牌，右部管箱筒體與管板相焊接環(huán)縫處經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)兩條橫向裂紋，屬穿透性裂紋，并且延伸至母材。經(jīng)檢驗，該設備不符合ASME及我國規(guī)范、標準及有關(guān)規(guī)定?！笨紤]設備制造周期長，難以滿足建設期要求，遂考慮先修后更新的方式，在獲得檢驗機構(gòu)的同意后，公司委托檢修單位進行設備檢修。經(jīng)過基本方案討論后，由具有資質(zhì)的檢修單位開展檢修工作，但在檢修單位拆檢中發(fā)現(xiàn)該設備已經(jīng)不具備修復價值，提議公司考慮更新該設備，以保證設備長周期運行。

1 設備基本參數(shù)（表1）

2 第一臺更新設備

由設計院出具設備圖紙，公司通過招標，選擇國內(nèi)知名壓力容器制造單位進行設備制造工作，工期140 d（圖1）。制造單位根據(jù)設備圖紙，按期完成制造工作并交貨。在設備投入運行6 d后，設備出現(xiàn)泄漏，裝置被迫停車。經(jīng)與設備制造單位交流，并由該單位現(xiàn)場進行修復，但投用后1個星期，設備繼續(xù)出現(xiàn)泄漏，無法保證公司的正常連續(xù)運行。拆檢設備發(fā)現(xiàn)問題來源于換熱管與管板的角焊縫，以及換熱管伸入管板約1/3處出現(xiàn)裂紋，初步判定為設備制造單位的制造質(zhì)量問題，無法徹底修復。經(jīng)過技術(shù)組討論，確認第一臺設備沒有修復意義，公司開展第二臺設備的訂購工作，并進行相關(guān)索賠工作。

表1 設備基本參數(shù)

3 第二臺更新設備

3.1 改進與制造

為謹慎起見，沒有選在原設備制造單位繼續(xù)制造第二臺設備，而是選擇另一家民企作為設備制造單位，在經(jīng)過技術(shù)交底后，公司最終確認在確?，F(xiàn)有設備、管口尺寸不變的情況下應做以下改進：①將管板堆焊層材料由原來的304改為Inconel600，引進設備就是使用這種堆焊材料；②將換熱管材料由原來的12Cr2Mo1改為304，避免異種鋼焊接，提高焊接質(zhì)量；③換熱管材料更換后對管程、殼程壁溫再次進行熱膨脹核算，是否需要增加膨脹節(jié)依據(jù)核算結(jié)果再定，最終增加膨脹節(jié)（圖2）。

圖1 第一臺設備

圖2 第二臺設備

圖3 第三臺設備

設備制造完成后，在對設備殼程進行4.9 MPa水壓試驗時，發(fā)現(xiàn)膨脹節(jié)發(fā)生上拱變形現(xiàn)象，制造公司分析引起膨脹節(jié)變形的原因是設備管束相對中間筒體為偏心布置，加上兩端的偏心錐，在內(nèi)壓作用下引起筒體中部膨脹節(jié)受力不均，且因膨脹節(jié)自身剛度小，因此在偏心載荷的作用下就首先出現(xiàn)了變形。采取措施處理：①切除殼程與管板間已焊好的焊接接頭，釋放留在管束內(nèi)的壓縮應力后再重新進行組對焊接；②在膨脹節(jié)兩端增設保護套及限位拉桿，在膨脹節(jié)波谷內(nèi)安裝均衡塊。經(jīng)過整改，未發(fā)現(xiàn)異常，經(jīng)噴砂、除銹、防腐后，該設備運抵公司現(xiàn)場。

3.2 設備運行狀況

該設備投入運行中，在管程合成氣及殼程鍋爐水溫度僅有75 ℃左右時，發(fā)現(xiàn)波形膨脹節(jié)上部伸長約5 mm，膨脹節(jié)下部及活動端鞍座均未動，當日設備制造單位來人后認為，活動端鞍座直接放在水泥基礎上，由于摩擦阻力大而引起。后經(jīng)研究決定在活動端鞍座兩邊及管箱法蘭底部各增加一組支撐，支撐與活動鞍座底面及管箱法蘭底間增設滾棒，改活動端鞍座滑動摩擦為滾動摩擦，以減少摩擦力、減輕管程的承重載荷；以及待合成氣、飽和蒸汽壓力、溫度達到正常值時，在膨脹節(jié)上部最大膨脹量位置將膨脹節(jié)上部拉桿螺母鎖緊，以增加膨脹節(jié)上部剛性等保護措施。經(jīng)整改后設備運行穩(wěn)定，鍋爐水電導率穩(wěn)定最低可降至12 μS/cm；設備活動端鞍座能軸向位移，鞍座最大移動量約20 mm（制造公司理論計算值為15 mm）；膨脹節(jié)上部最大膨脹量約20 mm，下部最大膨脹量約5 mm，膨脹節(jié)上拱彎曲變形現(xiàn)象還是未得到消除。

在裝置發(fā)生緊急停車時，進入設備的合成氣溫度從430 ℃降至256 ℃左右、壓力從10.93 MPa降至5.65 MPa左右，此時經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該設備活動端鞍座收縮了約6 mm（此數(shù)據(jù)并不是最大收縮量），活動鞍座離開滾棒約0.8 mm，其余未發(fā)現(xiàn)異常。生產(chǎn)恢復正常后活動鞍座又恢復原位與滾棒相接觸，但鍋爐水電導率卻一直居高不下，最低只能降至40 μS/cm。經(jīng)分析，103J表冷器NH3含量均≥70 mg/L，確認該設備換熱管已發(fā)生泄漏。

隨后，裝置再次發(fā)生緊急停車。當管程進氣壓力、溫度及殼程飽和蒸汽壓力、溫度降到最低時，活動鞍座收縮了約10 mm；膨脹節(jié)上部未動，下部收縮了約3 mm，兩側(cè)收縮了約2 mm；活動鞍座離開滾棒的現(xiàn)象同樣存在。生產(chǎn)恢復正常后，活動鞍座再次恢復原位與滾棒相接觸，鍋爐水電導率進一步上升；103J表冷器NH3含量在170～190 mg/L，不凝氣H2%含量在20%～30%。

之后，連續(xù)又連續(xù)發(fā)生兩次裝置停車，最后一次生產(chǎn)恢復正常后，103J表冷器NH3含量上升至在230～250 mg/L，不凝氣H2%含量上升至29%～31%。

3.3 原因分析

事故發(fā)生后，公司及時聯(lián)系設備制造單位，就設備發(fā)生泄漏事項展開討論并提出處理意見，具體如下：

公司一直認為該設備在偏錐筒體上設置膨脹節(jié)，存在設計問題。由于殼程存在偏錐，在工作狀態(tài)下殼程產(chǎn)生附加彎矩力，導致膨脹節(jié)受力不均。而膨脹節(jié)剛性又相對較弱，故膨脹節(jié)發(fā)生了相對彎曲變形，且活動端的來回軸向移動只能靠管束的膨脹變形力來進行推、拉，管束與管板間焊接接頭將長期存在推、拉應力。當溫度發(fā)生變化，管束膨脹應力無法將活動端推、拉動時，能量集聚后會發(fā)生焊接接頭頂裂或拉脫現(xiàn)象。制造單位當初在制造過程中對殼程進行強度水壓試驗時就發(fā)生過膨脹節(jié)上供彎曲變形現(xiàn)象，后來才增設保護套及拉桿，雖然進行了整改，但投入運行后膨脹節(jié)上拱彎曲變形問題還是未得到解決。從目前的情況看，膨脹節(jié)保護套還存在卡塞現(xiàn)象，阻礙管束的自由收縮。制造單位認為，為滿足換熱管材料更改后管、殼程溫差引起的熱膨脹量不同，在筒體上設計膨脹節(jié)是按國家相關(guān)標準進行計算，結(jié)論是合格的；造成活動端鞍座無法靈活移動的原因，在于當初將鞍座放置在水泥基礎上摩擦力大，以及氣體出口管約束力大。

4 第三臺設備

為徹底了解該設備存在的問題，公司組織人員收集國外設備技術(shù)資料、國內(nèi)設計資料和制造資料，經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)以下差異：①設計院更新設計的折流板數(shù)量較國外少，國外為13塊，國內(nèi)為9塊；③國內(nèi)更新設計時取消了脫鹽水進液分布槽；③國內(nèi)在操作中出現(xiàn)低液位，即設備上部換熱管出現(xiàn)干燒現(xiàn)象。針對以上現(xiàn)象，公司邀請設備制造單位、設計院和行業(yè)專家一起討論更新方案，最終決定采用國外原設計結(jié)構(gòu)，采用國內(nèi)已經(jīng)成熟的耐熱鋼制造，管板與換熱管同材料，取消堆焊層（圖3）。經(jīng)過重新制造，設備投用至今未發(fā)現(xiàn)任何問題。

5 教訓與經(jīng)驗

回顧該設備的更新之路，值得總結(jié)的經(jīng)驗教訓有以下3點：①引進設備要嚴格檢修，特別是引進的利舊設備，應該充分消化該設備的歷史檢修數(shù)據(jù)，為項目建設做好提前量；②嚴格對比引進設備的更新方案，深入討論修改的部分，防止因國內(nèi)外設計結(jié)構(gòu)差異造成設備投用問題；③充分論證設備的更新設計，僅設計單位、制造單位或業(yè)主單方面改變設計方案，容易造成不可挽回的損失。