王宏偉

（中國石油大慶煉化公司檢維修中心，黑龍江大慶 163411）

1 高壓隔膜式換熱器泄漏及原因分析

高壓隔膜式換熱器由導流筒、隔膜密封盤、U 形換熱管束等組成，由于制造工藝、使用年限、工作環(huán)境等諸多因素的影響，在投入運行一段時間后容易出現(xiàn)泄漏故障。介質(zhì)泄漏是其常見的一種故障，由于設備結構復雜，必須查明泄漏位置和泄漏原因才能徹底解決問題。

某煉油廠的E-101 型高壓隔膜式換熱器于2014 年8 月投入使用，2020 年4 月出現(xiàn)泄漏問題。結合以往的檢修經(jīng)驗，常見的泄漏位置有以下3 個。

（1）U 形換熱管束與殼程進出口法蘭連接處。法蘭密封面有金屬墊環(huán)，隨著設備使用年限的延長，金屬墊環(huán)可能會因為機械磨損或銹蝕等原因被損壞，無法保證接口處的密封效果，進而出現(xiàn)泄漏。另外，用于固定U 形換熱管束和進出口法蘭的螺栓出現(xiàn)松動，也會導致密封不良，進而發(fā)生泄漏。

（2）隔板密封盤。其功能是分隔殼程，主要構件是由多層0.1 mm 厚不銹鋼條組成的隔板密封條。泄漏原因主要有兩個，一是多層不銹鋼條的夾層中掉落雜質(zhì)，導致不銹鋼條不能緊密貼合，形成多處空隙，殼程介質(zhì)容易沿著這些空隙流出，引起泄漏；二是密封條壓條的預緊力不足。在運行幾年后，壓條受疲勞應力的影響，密封緊固效果變差，加上長時間受到殼程介質(zhì)的沖擊，逐漸松動并發(fā)生泄漏。

（3）導流筒與管板之間的密封面。密封面使用的密封墊面為不銹鋼絲網(wǎng)加強的石墨墊，在受到振動、碰撞時容易碎裂進而導致密封不良，引起滲漏。另外，密封面的平面度超標，導致導流筒斷面和管板斷面不能正常對接，也會造成密封面泄漏。

2 高壓隔膜式換熱器泄漏檢修方案

2.1 檢修準備工作

首先結合E-101 設備圖紙，掌握該型號換熱器的結構組成、技術要求等相關信息。然后查看現(xiàn)場布置，包括設備高度、重量等，根據(jù)檢查調(diào)查結果選擇相應噸位的吊車，方便設備拆裝、檢修。最后，編制檢修方案并做好技術交底。另外，本次檢修作業(yè)中還使用到了液壓螺桿拉伸器、汽車吊、上托式抽芯機、試壓泵等設備。經(jīng)過檢查，確保設備工況良好后進場待用。

2.2 檢修要點

2.2.1 螺栓及管箱法蘭蓋檢修

使用液壓螺桿拉伸器拆除換熱器頂部螺栓，為避免拆除過程中因重力原因導致的螺栓變形，需要按照“自下而上”的順序依次拆除。在吊車的配合下，首先拆除下部重達2.0 t 的管箱法蘭蓋，然后再拆除6 根螺栓。拆除時應避免碰撞，保護螺紋不受破壞。

拆除后進行檢修，發(fā)現(xiàn)管箱法蘭螺柱與管箱螺紋口有明顯的咬合情況，導致拆除難度變大，但未發(fā)現(xiàn)密封不良情況，說明泄漏問題不在此處。拆除后續(xù)采取的措施有：可以正常拆除的，拆除后要用石棉填塞螺栓孔，起到保護作用；無法正常拆除的，則在螺栓外套上保護套。另外，后期檢修完畢重新安裝時，需要將填塞石棉與保護套重新取下，并使用風機吹干凈。

2.2.2 隔膜密封盤檢修

拆除隔膜密封盤前，需要提前對密封焊縫做標記，然后采用氣刨方式沿著標記線進行切割。由于氣刨時會產(chǎn)生較大能量，因此拆除隔膜密封盤時要采取分段作業(yè)的方式。通常分成2～3 段，可以有效避免拆除作業(yè)中隔膜密封盤變形的問題。同時，考慮到密封焊的焊縫與螺栓孔之間的距離較近，因此氣刨作業(yè)時還要注意防止損壞螺柱。拆開隔膜密封盤后，依次檢查管束隔板、密封條壓條和密封條。發(fā)現(xiàn)管束隔板固定良好，密封條壓條沒有松動情況。密封條的多層不銹鋼條表面有少量灰塵和油污，但是整體貼合緊密，因此可以排除該處泄漏。

2.2.3 換熱器管束檢修

拆除導流筒后開始殼程水壓試驗，以判斷換熱器U 形管束是否泄漏。結合E-101 型隔膜式換熱器的說明書，該設備正常工況下的水壓為4.0 MPa，因此水壓試驗中設定水壓為4.0 MPa。觀察發(fā)現(xiàn)，在U 形管束的密封端有水滲出，對滲漏點做好標記。然后關停注水設備，使用絲堵對滲漏點做封堵處理，在重新啟動注水設備后繼續(xù)觀察，發(fā)現(xiàn)密封端不再有滲水情況，則說明泄漏故障得以解決。

2.3 換熱器回裝

2.3.1 管束回裝

在換熱器泄漏故障維修結束后，需要重新回裝各構件?；匮b前，仔細清洗管箱法蘭蓋、導流筒、U 形管束等，螺栓孔使用柴油清洗后，可以涂刷一層專用的防咬合劑，避免在高溫環(huán)境下發(fā)生咬合情況，為下一次檢修提供便利。檢查管板與殼程筒體的密封法蘭墊片是否有明顯的磨損、銹蝕情況，如果有需要及時更換新的墊片，防止密封端出現(xiàn)滲漏。

使用吊車將U 形管束吊起，使管束與管板處于同一水平位置，并逐漸靠攏、對接。使用管板外側的螺栓孔輔助定位，保證螺栓能夠順利插入螺栓孔，說明管束與管板對齊，然后擰緊螺栓，即可完成U 形管束的回裝。

安裝過程中要特別注意，管束與殼程筒體法蘭之間的纏繞墊容易散開，因此在安裝時應提前用細鐵絲將其固定在管板螺栓孔上，然后再緊固管束，以保證密封效果。

2.3.2 隔膜密封盤安裝與焊接

該設備已經(jīng)投用7 年，隔膜密封盤長時間處于高溫、臨氫環(huán)境下，游離氫對材料的焊接性能有不良影響。安裝隔膜密封盤時，如果直接焊接則很容易出現(xiàn)裂紋，因此安裝前必須對隔膜密封盤做脫氫處理。將隔膜密封盤置于承臺上，將加熱爐溫度設定在250 ℃，恒溫加熱8 h 后自然冷卻至常溫。完成脫氫熱處理后，還需要使用砂輪或砂紙進行打磨，保證密封盤承臺的邊緣光滑無毛刺。然后檢查隔膜密封盤表面的平整度，并測量密封盤外徑的偏差是否在允許范圍之內(nèi)。例如，E-101 型高壓隔膜式換熱器要求密封盤的直徑偏差不大于±0.5 mm，平面度允許偏差不大于±0.8 mm，只有符合該要求方可進行焊接。

現(xiàn)場焊接作業(yè)時，應選擇“小電流、低電壓、氬弧焊”模式，同時注意保持層間溫度小于180 ℃。以純度為99.999%的氬氣作為保護氣體，焊接速度維持在8～10 cm/min。焊接采用的是鎢極氣體保護焊（GTAW），焊材牌號為H0Cr20Ni10Ti，焊材直徑2.5 mm，極性為正接。為防止封盤出現(xiàn)變形，在現(xiàn)場作業(yè)中使用剛性固定法固定隔膜密封盤，將密封盤與承臺進行點焊固定，再使用螺栓保護套對密封盤進行剛性固定。焊接采用雙人對稱分段焊接的方式完成，焊縫分兩層施焊，層間接頭要求錯開至少120 mm，且密封焊焊縫的焊腳高度不小于8 mm。

焊接作業(yè)結束后，工作人員還要檢查焊縫的滲透情況，要求達到NB/T 47013.5—2015《承壓設備無損檢測 滲透檢測》規(guī)定的I 級。

2.4 導流筒回裝

導流筒故障引起的高壓隔膜式換熱器泄漏，主要是因為導流筒密封面出現(xiàn)貫穿性缺陷或有密封面變形、螺栓松動、墊片損壞等問題。因此，重新安裝導流筒時需要把握好以下要點：①做好導流筒的清潔工作，使用較長時間后導流筒密封面容易積累較多的污垢，因此要清理密封面后再繼續(xù)回裝；②檢查管板載絲螺栓孔是否堵塞，如有堵塞則要用絲錐清理污物，然后用工業(yè)吹風機吹干凈，保證螺栓孔內(nèi)壁干凈、光滑；③檢查導流筒墊片情況，如果墊片完好但位置偏移的，需要重新放置墊片到合適的位置，使墊片與螺栓孔對齊，如墊片已經(jīng)損壞則需要更換新的墊片；④導流筒與管程接管之間要填塞陶纖繩，待導流筒就位后再旋轉法蘭螺栓、將陶纖繩壓緊；⑤最后擰緊導流筒上的所有螺栓，即可完成回裝作業(yè)。

2.5 管箱法蘭蓋安裝

檢查焊接質(zhì)量，確保焊縫合格后即可重新回裝法蘭蓋。

（1）使用吊車固定好管箱法蘭蓋，然后緩緩吊起并移動至密封盤的正上方。

（2）放下法蘭蓋，在人工輔助下讓法蘭蓋上的螺栓孔對準密封盤上的螺栓，使螺栓順利穿過螺栓孔。

（3）使用Petron Pump 液壓螺桿拉伸器進行螺栓緊固。設備上所有螺栓共分為9 組，9 組螺栓全部完成緊固后為1 遍。為保證緊固效果，需要分6 遍對稱緊固：第1 次緊固時，緊固力為最大緊固力的40%（24.37 kN），第2 次為60%、第3 次為80%，第4～6 次時均為100%。緊固時需要標記第1 組緊固螺栓的位置，在進行第2 遍緊固處理時，也需要按照相同的順序依次完成1～9 組緊固。

（4）完成6 遍緊固后，工作人員手持游標卡尺對法蘭密封面的平行度進行復查，要求尺寸偏差不大于0.1 mm。如果局部尺寸偏差超過該值則需在重新緊固后再次測量，直到所有位置均滿足平行度要求。

2.6 隔膜換熱器水壓試驗

密封盤焊接完畢后進行滲透試驗，檢測確保密封良好后蓋上管箱法蘭蓋，并擰緊螺栓加以固定，之后開始水壓試驗。試驗分為兩種，一種是管程單獨水壓試驗，目的是檢驗隔膜密封盤焊縫的焊接效果，通過持續(xù)加壓的方式，逐漸將試驗壓力增加至管程、殼程壓力差的最大值，維持在最大值30 min，如果未出現(xiàn)滲漏即為合格；另一種是管程、殼程聯(lián)合水壓試驗。根據(jù)E-101 型隔膜式換熱器的設計說明書，管程設計壓力為10.5 MPa，水壓試驗壓力為13.90 MPa；殼程設計壓力為10.0 MPa，水壓試驗壓力為13.90 MPa。管程、殼程允許的最大壓力差為4.0 MPa。試驗開始后，仍然采用持續(xù)加壓的方式，將實際壓力升高至設計壓力后，將管程、殼程用試壓管線連通。管程、殼程聯(lián)合水壓試驗中，壓力表的壓力示數(shù)穩(wěn)定、無明顯波動，就說明水壓穩(wěn)定、無滲漏情況。

本次檢修不僅明確了滲漏位置、滲漏原因，而且經(jīng)過修理后換熱器滲漏問題得到徹底解決，保證設備以良好工況投入運行。

3 結束語

高壓隔膜式換熱器作為煉油廠的重要設備，由于長時間處于高溫、高壓、臨氫環(huán)境下，各個零部件容易出現(xiàn)銹蝕、松動、磨損等質(zhì)量問題，導致?lián)Q熱器出現(xiàn)泄漏。在日常檢修中，技術人員首先要查明泄漏位置、分析泄漏原因，在此基礎上制定檢修方案，為泄漏故障處理提供必要的參考。根據(jù)該方案進行換熱器的拆卸、維修，之后重新安裝并進行水壓試驗，在確定不存在滲漏問題之后再恢復設備正常使用。