孫峰

(河鋼集團(tuán)張宣科技能源公司，河北 宣化 075100)

0 概述

橫管式煤氣初冷器是焦?fàn)t煤氣凈化過程中的對煤氣進(jìn)行降溫的重要設(shè)備，焦?fàn)t輸送來的650 ℃高溫煤氣經(jīng)過循環(huán)氨水在集氣管噴灑降溫至80 ℃，此溫度下焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有大量水分及焦油、萘等雜質(zhì)，且煤氣體積較大，不利于輸送。初冷器的作用就是將80 ℃的焦?fàn)t煤氣冷卻至20 ℃的同時將煤氣中的大部分焦油、萘等雜質(zhì)進(jìn)行分離，同時減少煤氣體積，其工況的好壞對后序工藝及設(shè)備(電捕焦油器、洗滌塔、吸氣機(jī))都有直接影響。在初冷器運行過程中，焦?fàn)t煤氣從頂部進(jìn)入，底部流出，在換熱管的管間流動，低溫循環(huán)水從初冷器底部進(jìn)入，頂部流出，在換熱器管內(nèi)流動，低溫循環(huán)水與焦?fàn)t煤氣為間接傳熱。焦?fàn)t煤氣中由于含有硫、氨等腐蝕性介質(zhì)，換熱管長時間與焦?fàn)t煤氣接觸，導(dǎo)致?lián)Q熱管腐蝕泄漏，泄漏后管內(nèi)流動的低溫循環(huán)水隨著初冷器內(nèi)部冷卻下來的焦油氨水進(jìn)入后續(xù)工段，造成后續(xù)工段處理負(fù)荷量加大[1]。少量泄漏一般采用換熱管封堵的方法，對整臺初冷器的的運行影響不大，但當(dāng)換熱管的泄漏數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量時，由于換熱面積減少，導(dǎo)致初冷器后煤氣溫度高，影響整個化產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定進(jìn)行，此時就應(yīng)停產(chǎn)對所有換熱管進(jìn)行更換。張宣科技能源公司凈化系統(tǒng)共有三臺初冷器運行，運行方式為兩用一備，隨著多年運行，換熱管不間斷的出現(xiàn)泄漏，換熱效率逐步下降。為保證煤氣冷卻效果，初冷器由兩用一備改為三臺同時運行，經(jīng)過對內(nèi)部換熱管束進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)換熱管不但整體腐蝕嚴(yán)重，且外壁粘接了一層薄的焦油層，嚴(yán)重影響換熱效果，鑒于此種情況決定對初冷器內(nèi)部換熱管進(jìn)行全部更換。

1 初冷器換熱管更換存在的問題

1.1 初冷器主要結(jié)構(gòu)

橫管式煤氣初冷器長3 570 mm、寬2 750 mm、高26 600 mm，換熱面積3 700 m2、凈重152 t、換熱器內(nèi)部管程工作壓力為0.65 MPa、介質(zhì)為循環(huán)水、換熱管為51×3 mm無縫鋼管、材質(zhì)為20#鋼、每根長3 615 mm、總計6 471 根；同根換熱管的管板孔不在一直線上，相錯189 mm、管斜為2.4°，換熱管與管板為脹接。設(shè)備殼程為鋼板拼焊而成，管板厚18 mm、材質(zhì)為Q235B；殼程工作壓力±0.0 3 MPa、介質(zhì)為焦?fàn)t煤氣及焦油氨水冷凝液；管箱共75件，為半圓筒形鋼板拼焊結(jié)構(gòu)；管箱法蘭與管板用螺栓連接，采用8 mm厚的橡膠墊對管板與管箱進(jìn)行密封，初冷器頂部、底部各有一個人孔[2]。

1.2 舊換熱管拆除問題

常規(guī)的換熱管更換方式為施工人員從初冷器外部拆除換熱管，由于換熱管較長且連接方式為脹接，需從管板一端使用千斤頂將換熱管束從另一端頂出，然后人工取出換熱管[3]。由于初冷器高度較高且外壁沒有任何支撐點及受力點，施工過程中需將初冷器四周全部搭設(shè)腳手架，拆除換熱管周期近一個月時間。

1.3 新?lián)Q熱管安裝的問題

安裝換熱管時，采用方式為從管板的一端穿裝換熱管，由于同根換熱管的管板孔不在一直線上，造成換熱管很難準(zhǔn)確地與管板另一端的管孔連接，需要施工人員不斷進(jìn)行嘗試。由于換熱管為20#無縫鋼管，安裝換熱管前需要采用焦?fàn)t煤氣對換熱管的兩端進(jìn)行烘烤退火(退火長度比對應(yīng)管板的厚度長80～100 mm，當(dāng)管端顏色達(dá)到橘紅色后進(jìn)行空冷卻，最后對換熱管的兩端進(jìn)行拋光處理)，換熱管更換的效率不高，安裝換熱管周期近三個月時間[4]。

1.4 檢修周期的問題

能源公司共有三臺初冷器，一臺初冷器從停用開始需要經(jīng)歷清洗、插盲板、搭設(shè)腳手架、拆除管束、安裝新管束、拆除腳手架、抽盲板、投用等過程，整個周期至少四個月時間。初冷器作為焦?fàn)t煤氣凈化系統(tǒng)的頭道工序，主要作用就是降低焦?fàn)t煤氣溫度，為后續(xù)系統(tǒng)正常運行創(chuàng)造條件，檢修過程中如果另外兩臺初冷器出現(xiàn)異常，將會導(dǎo)致焦?fàn)t及化產(chǎn)系統(tǒng)整體出現(xiàn)停工情況的發(fā)生。

2 初冷器換熱管更換技術(shù)創(chuàng)新

針對上述檢修過程中存在的問題，技術(shù)人員經(jīng)過多輪分析論證，制定了在初冷器內(nèi)部進(jìn)行換熱管更換的方案，首先對初冷器內(nèi)部進(jìn)行徹底清理，將初冷器連接的各種管路全部插盲板，在具備施工人員進(jìn)入檢修的前提下，施工人員從內(nèi)部拆除換熱管，從頂層自上而下開始作業(yè)，對內(nèi)部管束采用手動切割機(jī)作業(yè)，由于施工人員站在管束上部作業(yè)，施工安全快速且大大降低換熱管拆除的勞動強(qiáng)度。安裝換熱管時，施工人員進(jìn)入初冷器內(nèi)部，從底層自下而上作業(yè)，在初冷器內(nèi)部與初冷器外部施工人員配合，快速準(zhǔn)確地使換熱管與兩端管孔連接，大大提高了施工效率，一層管板管束全部連接完畢后，采用集中脹接的方式，避免管板變形情況的發(fā)生[5]。為了縮短施工周期，將初冷器換熱管由10#無縫鋼管替換為20#無縫鋼管，10#、20#都屬于低碳鋼，相互比較來說，10#鋼的強(qiáng)度和硬度比20#要低，但10#鋼的塑性和韌性比20#要好，采用10#無縫鋼管，由于塑性和韌性增加，可以不用進(jìn)行退火作業(yè)，直接進(jìn)行脹接作業(yè)，同時10#鋼的強(qiáng)度和硬度也能滿足初冷器日常使用需求，提高施工質(zhì)量的同時還能有效縮短施工周期。

3 初冷器換熱管更換技術(shù)過程創(chuàng)新

3.1 前期準(zhǔn)備

對初冷器煤氣、循環(huán)水出入口管插盲板，避免初冷器檢修過程中出現(xiàn)煤氣、循環(huán)水泄漏；對初冷器用焦油氨水混合液、氨水、蒸汽反復(fù)進(jìn)行清洗，確保初冷器內(nèi)換熱管外壁沉積的焦油清理干凈。為保證初冷器清洗的效果，最后采用高溫軟水和高溫蒸汽進(jìn)行清洗，直至清洗完畢后的軟水顏色為日常顏色時停止。清洗完畢后對焦油氨水混合液、氨水、蒸汽、初冷器排液管道插盲板，確保與初冷器生產(chǎn)有關(guān)的工藝介質(zhì)全部隔斷[6]。打開初冷器底部及頂部人孔用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制機(jī)械通風(fēng)，直至經(jīng)過檢測具備檢修條件后開始進(jìn)行檢修作業(yè)，檢修作業(yè)前底部通風(fēng)機(jī)一直往初冷器內(nèi)部通入新鮮空氣，保證通風(fēng)壓力，避免過大及過小，同時在初冷器頂部通入消防水，避免內(nèi)部作業(yè)時出現(xiàn)意外情況。

3.2 拆管箱蓋

自上而下逐層打開管箱蓋，在初冷器頂部安裝卷揚(yáng)機(jī)，用卷揚(yáng)機(jī)將拆除下來的管箱蓋放置在地面上，對每層管箱蓋進(jìn)行編號，確保安裝時管箱蓋安裝在同一位置；對放置在地面管箱蓋進(jìn)行壁厚檢測及防腐處理；對管箱蓋薄弱位置進(jìn)行局部挖補(bǔ)處理；對管箱蓋取下的螺栓螺母用油浸泡清洗后，放置于工具箱內(nèi)進(jìn)行再次利用。

3.3 拆除換熱管

換熱管拆卸時，人員從初冷器頂部人孔進(jìn)入，自上而下對內(nèi)部管束用切割機(jī)進(jìn)行切斷，每根換熱管割為三段，切割部位離管板長度為200～300 mm，以便在管板上脹接的換熱管輕輕敲出，抽出管頭時，不得碰撞或劃傷管孔內(nèi)壁[7]。并在初冷器側(cè)板每隔3 m開DN80圓孔，以方便內(nèi)部換熱管的拆卸及安裝。采用切割機(jī)作業(yè)：一是切割機(jī)產(chǎn)生的火花溫度較低，管束外壁即使沒有清理干凈的焦油干渣，也不會引燃，確保施工安全；二是避免氣割留量部位離管板距離較近，溫度過高，將管板退火。

初冷器周邊平臺空間狹小，為將拆除下來的換熱管及時從初冷器平臺運走，采用DN80的長管道，通過電焊的方式固定在初冷器的框架上，分上下兩個部位分別固定，為了增加穩(wěn)固性，在中間部位也增加固定點。DN80管道上方的入口位置位于作業(yè)面部位，DN80管道下方的出口部位距離地面3 m，拆除下來的換熱管束直接放入DN80管道，順著DN80管道直接降落到地面。為了保護(hù)地面，在DN80管道下方的出口部位正下方加沙子墊層，在沙子墊層上面鋪設(shè)10 mm厚的鋼板，采用此方法大大降低了施工人員勞動強(qiáng)度。

3.4 管道脹接

換熱管安裝前，先對管板的孔壁及換熱管進(jìn)行檢查，管板孔壁如果存在缺陷，則先要用焊接的方法將管板孔填平，再用內(nèi)圓磨光機(jī)修磨[8]。換熱管確保長度合格、無裂紋、管端損壞等缺陷。安裝換熱管前，提前用內(nèi)圓磨頭對孔壁拋光，換熱管自初冷器下部至上部對接進(jìn)行安裝，管束自管板孔外壁進(jìn)入，初冷器內(nèi)部人員將換熱器管安裝在管板另一側(cè)，方便快捷。一層安裝完畢后，外部人員進(jìn)行脹管作業(yè)，將脹管時將脹管器的圓柱部分塞入管孔內(nèi)，利用外部作用力旋轉(zhuǎn)心軸，通過滾子沿心軸軸向旋轉(zhuǎn)，使心軸擠入管內(nèi)面并強(qiáng)迫管子擴(kuò)大，達(dá)到一定的脹緊度，使管子緊緊脹接于管板孔上，脹管操作采用先中后側(cè)、階梯花脹的方式，確保管板強(qiáng)度。

3.5 氣密性打壓

初冷器換熱管全部更換完畢后，進(jìn)行氣密性檢測，目的是檢測各脹接部位是否發(fā)生泄漏。將初冷器的所有與外部連接的部位封閉，在底部初冷器掃汽管路內(nèi)通入氮氣并加裝壓力表，確保氮氣壓力為初冷器正常工作壓力的1.2倍，壓力穩(wěn)定后首先保壓2 h，觀察初冷器有無變形缺陷情況的發(fā)生，沒有變形說明強(qiáng)度足夠。隨后對管板脹接部位刷肥皂水，觀察是否有氣泡冒出，冒氣泡說明該處脹接不合格，立即補(bǔ)脹，然后再刷肥皂水檢查，直到所有的脹接部位合格[9]。

3.6 安裝管箱蓋

對管箱蓋安裝時，根據(jù)管箱尺寸規(guī)格制作耐腐蝕天然橡膠墊片，制作出的橡膠墊片不得有裂紋、凹坑，對合緩慢，壓平墊片。為避免管箱蓋安裝時橡膠墊片出現(xiàn)剮蹭錯位情況的發(fā)生，在管箱與橡膠墊片之間刷一層膠，對角交叉緊固螺栓螺母。

3.7 拆除盲板

拆除閥門盲板時，先要檢查閥門前面的煤氣和冷凝液含量，配備必要的消防安全設(shè)施，施工人員佩戴空氣呼吸器進(jìn)行作業(yè)，防止中毒和引燃。盲板取出后，重新更換金屬新墊片，為避免金屬墊片腐蝕，在金屬墊片外邊均勻纏繞四氟帶，同時緊固螺栓螺母，最后檢測無煤氣和冷凝液泄漏。

3.8 注意的事項

初冷器在抽插盲板過程中，由于煤氣截門中存在焦油渣等雜質(zhì)導(dǎo)致截門不嚴(yán)的問題，在進(jìn)行抽插盲板作業(yè)時存在煤氣泄漏事故，施工作業(yè)過程中連續(xù)檢測煤氣濃度，使用銅質(zhì)工具作業(yè)，確保安全作業(yè)。在舊換熱管拆除和新?lián)Q熱管安裝的過程中，初冷器內(nèi)部與外部施工人員必須密切配合，在初冷器平臺進(jìn)行舊管輸送作業(yè)時，確保作業(yè)下方無人員，現(xiàn)場安排好人員進(jìn)行警戒，防止施工人員被滑落的換熱管砸傷事故[10]。

初冷器在管束更換的過程中，發(fā)現(xiàn)初冷器上層管束內(nèi)部存在鈣鎂結(jié)垢的情況，不但使管束換熱效率低，還導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部管束通道變小，增大初冷器整體內(nèi)部循環(huán)水的流動的阻力。經(jīng)過分析造成管束內(nèi)部結(jié)垢的主要原因是循環(huán)水壓力低，循環(huán)水經(jīng)過泵輸送至初冷器頂端時動能降低造成流速減慢，且初冷器頂部煤氣溫度最高，造成循環(huán)水內(nèi)部鈣鎂離子受到高溫析出。另一方面的原因是循環(huán)水的冷卻采用敞開式系統(tǒng)，水在循環(huán)過程中與空氣接觸而不斷蒸發(fā)損失，水中的礦物質(zhì)和離子含量因濃縮而濃度升高。為杜絕上述情況發(fā)生，新增開一臺循環(huán)水泵，增加循環(huán)水系統(tǒng)壓力，將循環(huán)水出口壓力由0.35 MPa增加至0.45 MPa，在循環(huán)水管路上增加在線電導(dǎo)率監(jiān)測儀表，對水中礦物質(zhì)和離子濃度進(jìn)行監(jiān)測，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)水和排水來保持水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定及水量平衡。

4 結(jié)語

初冷器換熱管全部更換完畢后，煤氣溫度顯著降低，原來三臺換熱器達(dá)到的效果，現(xiàn)在只需要兩臺，實現(xiàn)了初冷器的兩用一備，大大提高了整個煤氣凈化系統(tǒng)的可操作性。采用從初冷器內(nèi)部拆除換熱管的方案，提高了安全系數(shù)、工程質(zhì)量。采用10#無縫鋼管替