高压绕管式换热器中换热管漏气后的返修.doc

高压绕管式换热器中换热管漏气后的返修张 庆 生（开封东京空分集团有限公司，河南省开封市北关街8号 475001）摘 要：从某套空分设备上卸下的DR87XX型高压绕管式换热器的换热管胀接部分焊缝出现漏气现象，原因是胀接压力过大，制定了详尽的返修方案，具体实施后高压绕管式换热器恢复正常运行。文章简介了DR87XX型高压绕管换热器中换热管与管板的 “贴胀+强度焊”的模式，详细叙述了返修前的胀接试验、检验和返修工艺过程，最后总结了返修中的注意事项。关键词：高压绕管换热器；换热管；返修；胀接；强度焊；胀接试验Repair of the leakage of heat exchanger pipe in high pressure spiral tube heat exchangerZhang Qingsheng(Kaifeng Dongjing Air Separation Group Co., Ltd., 8 Beiguan Street, Kaifeng 475001, Henan, P. R. China)Abstract: From a certain empty cent equipments up unload of the DR87 XX type high pressure rounded tube type to change a hot machine to change hot tube the bulge connected parts of welds sew appear to leak air phenomenon, reason is the bulge connected pressure over big, draw up in details returned to fix a project, concrete implement empress the high pressure round tube type change the hot machine instauration normally circulate.The article brief introduction the DR87 XX type the high pressure rounds the mode that the tube changes to change a hot tube and tube the knotholestick bulge+ the strength weld in the hot machine, detailed describe to return bulge of fix the front to connect to experiment,examination with return to fix the craft process, tallied up to return to fix finally medium of regulation.Key words: High-pressure spiral tube heat exchanger；Heat exchange pipe；Repair；Expansion；Strength weld；Expanding test 从某套空分设备上卸下的DR87XX型高压绕管式换热器，检测后发现换热管胀接部分焊缝出现漏气，原因是胀接压力过大，使换热管贴胀后内应力大的焊缝，在工作过程中经历裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展三个阶段，出现疲劳裂纹，疲劳裂纹宏观断口呈脆性，无明显塑性变形，在断口上可观察到裂纹源，光滑或贝壳状的疲劳裂纹扩展区和粗糙的瞬断区，造成隔层之间相互漏气，管程（高压）向壳程（低压）漏气，出现串气现象，影响换热效果，既影响气体产量，又影响气体纯度。为了挽回由此可能造成的高压绕管式换热器报废损失，经对其裂纹形状、位置尺寸进行分析，并通过对换热器整体结构、强度的设计计算，认为通过返修可以使换热器换热面积及各项性能指标能达到原设计要求。于是拟定返修方案，制定返修步骤，对高压绕管式换热器管板与换热管连接部分实施返修。1 高压绕管式换热器换热管与管板的连接模式DR87XX型高压绕管换热器结构如图1所示，其换热管与管板的连接采用先胀后焊，即“贴胀+强度焊”的模式（如图2所示）。通过贴胀，能有效地阻尼绕管体振动对焊口的损伤，避免间隙腐蚀。在贴胀前虽然作了贴胀试验，但由于换热管数量多，换热管每个接头与管板的间隙都需要贴胀来消除，因此往往在实际操作中，不好控制胀接压力。胀接压力大时，换热管焊缝脆性增加；胀接压力小时，管板与换热管之间易出现间隙腐蚀。2 贴胀试验在返修前应依据容规标准要求再作一次胀接工艺试验、做好工艺记录、出可行的工艺报告（详细见不锈钢钢管钢制管板胀接试验），通过试胀，检验管板与换热管胀接接头的密封性能，测试胀接接头的拉脱强度，选定最佳胀接压力，待返修时采用。不锈钢钢管钢制管板胀接试验的目的是通过管与管板胀接试验确定合适的胀接压力。试件材料：管子材料为 00Cr19Ni10 ，胀接规格为25mm2mm，管板的材料： 0Cr18Ni9II。（1）制作胀接、试压模型，其结构如图3所示。（2）换热管胀接前，对试验件的换热管进行编号（硬印或记号笔）以示区别，并测量每根换热管端部外径、内径及相对应的管板孔内径，（见表1）。表1 不锈钢钢管-钢制管板胀接试验记录： 接头号尺 寸12345胀前管外径mm24.9524.924.924.925.0胀前管内径mm20.920.920.920.921.0管壁厚mm2.052.02.02.02.0胀后管内径mm21.321.521.621.821.9胀接压力MPa79100120141160拉脱强度MPa0.81.11.31.51.7注：1）在图3中盛满水，试漏，放水，吹干。胀接接头漏水时，适当增大胀接压力。沿图示方向切断。2）拉脱强度试验：当胀接压力120MPa时，拉脱强度小于或大于1 MPa，将试验测得拉脱强度填入下表接头号1，胀接压力130 MPa 140 MPa 150 MPa 170 Mpa,将试验测得拉脱强度填入下表接头2 3 4 5.3） 拉脱强度为1 MPa，为贴胀应达到的拉脱强度。4）试验温度11（3）换热管端部胀接部位应打磨光，去净管口毛刺，管板孔口边缘有毛刺的，应用铰刀铰光，然后用压缩气体吹净管板孔，并用脱脂清洗剂进行脱脂。（4）胀接时采用液压胀管机，按附表1要求胀接试验件，并按要求进行拉脱强度试验。（5）胀接后及时清除胀针上的颗粒物以减少胀管器的损坏，测量换热管实际内径，换热管内壁屈服后，在不同胀接压力作用下内表面的径向位移应用杠杆千分尺测量，其（分度值为001毫米），换热管外表面可用普通的外径千分尺测量，其(分度值为001毫米)，由此可绘出不同胀接压力下管子半径的增量表，并按附表1要求进行记录。（6）胀接试验件，按附表1要求对试验件进行盛水试漏和拉脱强度试验。（7）用试验机进行拉脱强度试验，确定胀接压力。试验结果：对于钢管（材料为00Cr19Ni10）与钢制管板（材料为0Cr18Ni9II)采用液压胀接工艺时，胀接压力为100 MPa时能够保证胀接接头的拉脱强度1MPa。影响管板和换热管胀接接头连接强度的因素是：管板管孔内壁表面粗糙度；管板管孔与换热管之间硬度差；管板孔与换热管之间的间隙；管板与换热管的材质。换热管外径的均匀一致能保证管子与管板管孔的间隙，内径的均匀一致能保证与液压胀管机胀针的匹配性。而液压胀管机胀针外径与管子内径的公差也应控制在-0.02-0.07mm范围内。管板管孔与返修用换热管实际均匀外径间隙仍应控制在单边0.2mm左右。其中胀接压力的大小对胀接接头的连接强度影响显著，胀接接头的拉脱强度q随胀接压力P的变化如图4所示。 3 返修前检验对高压绕管换热器壳程，作气压试验，压力值按总图上技术特性要求。在管板与换热管连接部分及换热管胀接接头内，涂上洗衣粉水后，用自制的观测灯照明换热管内部，作焊缝表面检测，观察气泡，来确定漏点位置及尺寸。根据漏气量，确定焊缝裂纹的大小，作出标记，并用清水去除洗衣粉水，吹干。返修前，熟悉图纸文件及工艺文件，制定返修方案，按GB151的规定进行返修。返修场地清洁干净，工具禁油污。换热管必须进行逐根水压试验，两端部连接试压工具，试压用水的氯离子含量须25PPm。换热管选用三种长度100mm、150mm、200mm，检验换热管的外径与管壁厚度（252），在公差范围内，将换热管按实测数据分类，检验管板孔径2525.45。在公差范围内，按实测数据将孔分类，将尺寸相近换热管与管板相配，减小间隙。选光亮固溶状态的不锈钢换热管，不允许拼接，其壁厚允许偏差按正偏差执行，进行脱脂处理。换热器的返修用管子材料的硬度值一般须低于管板材料的硬度值，并且不应采用管端局部受热的方式来降低换热管的硬度（因不锈钢管受热后要产生晶间腐蚀）。4 管板和换热管连接的返修工艺过程（1）在筒体上划碳弧气刨尺寸位置线（如图5所示），检验。测量两管板中心距离，调整滚轮托架位置并找正，将绕管传动工装连接到绕管机上。吊放中心筒组件于滚轮托架上，并与传动工装连接。转动绕管机，绕管机应运行稳定，检验。在筒体外圆上碳弧气刨一周(留34mm余量)，检验。方向向下方 (防止碰伤筒体内的换热管表面)，清除焊瘤，飞溅，检验。管板与封头焊缝处，在封头上划气刨尺寸位置线，检验。行车吊起筒体，检验。沿管板外圆周碳弧气刨一周 (防止碰伤筒体内的换热管表面，内部垫石棉橡胶板)，清除焊瘤，飞溅，检验。在筒体上将剩余部分34mm用砂轮（不含铁离子的砂轮片）切断，做好筒体位置标记 (防止划伤筒体内的换热管表面)，清除焊瘤，飞溅，检验。用行车吊起封头和筒体切断部分，拉出，检验。用不含铁离子的砂轮片，将其切断部分磨显露出金属光泽，以免对不锈钢造成铁污染，重新将销子插入中心筒，检验中心筒与两端管板定位，测量管板与中心筒的垂直度，保证二者垂直。检验中心筒管板焊接接头。用退管器（如图6所示）把已裂换热管从管板中退出，并用万向钻在管板上扩孔长度210mm，钻25孔，检验。根据换热管实际尺寸，由内向外按照塔形排列切割换热管（如图7所示），清除飞溅，检验。换热管穿管前两端各30mm焊接范围内管区应打磨显露出金属光泽，打磨时管子表面不被划伤，管端除去内外毛刺，并进行去污处理，这对采用液压胀针时尤为重要。在管板上标出0、90、180、270方位并与中心筒上的塔形换热管相对，用记号笔作出标记。取不锈钢钢管100mm长，带闷头一端预弯成型，从管板外面一端靠内层插入，退出闷头，套上管箍与换热管切断口对齐焊接(如图8所示)，检验。（2）点焊管卡固定，管子的相互间隙要严格控制在设计图纸规定的范围内，防止局部区域布置不均匀，造成流体阻塞，降低流体的流通面积。允许用锤子轻打击管子，锤子必须带硬橡胶垫。返修中须采用液压工装，保证管子弯曲角度及圆度。管子的圆度偏差应不大于换热管外径的8。吹入压缩空气，用薄塑料测定换热管另一端位置，每根换热管两端挂上相同编号牌。逐层向外层返修，不锈钢钢管的长度逐渐由100mm、150mm至200mm加长，焊成D100焊接接头，清除焊瘤，飞溅，检验焊接接头(控制点)。在管板外侧用顶紧工装顶紧管子，防止管子缩回。使用不含铁离子的砂轮片，切除管板外面多余管头（留16mm），砂轮磨粒易溅入换热管与管板管孔的间隙中，因为硅酸盐磨粒在焊接时将会产生夹渣，给焊接接头造成隐患。每绕制好一层，用U形管串管，作气压试验检查（停止点）。试验压力按管程的试验压力进行，检查返修后，管子是否泄漏。留1.7mm长管头，多余管头用钻床钻头刮掉，胀接前应严格清洁管孔，除去毛刺，根据贴胀工艺试验数据，确定合适的胀接压力（p=140Mpa），对换热管胀接部分进行液压贴胀，将换热管与管板胀接达要求，消除间隙腐蚀。不锈钢换热管减薄率一般控制在2-3%。（3）换热管与管板再次清洗去油处理，换热管端部与管板进行强度焊接。在焊接时按照焊接返修工艺指导书所规定的焊接参数进行焊接。返修焊工须持有相应级别内容且在有效期内的焊工合格证。换热管焊接前去油污，焊接时必须使用氩弧焊焊接，焊缝高度H确保不小于管壁厚度的1.1倍。采用双层氩弧焊，且第二层焊道起弧处至少要偏离第一层焊道起弧点15，以消除第一层焊道中特别是起弧和收弧点处可能产生的缺陷。并使用橡皮锤矫正，所有焊缝须成型良好与母材圆滑过渡，焊缝焊后进行100渗透检测，I级为合格 (控制点)。须立刻对焊缝进行酸洗钝化，并作好酸洗钝化的检查记录，其检查使用(蓝点检测法)不锈钢蓝点检测液进行检测。（4）划出夹套的组装位置线，绕管体两端组焊夹套，划出衬筒的组装位置线，依次找正点焊衬筒到位，并焊接，检验。根据绕管体直径与筒体间隙配修垫块。划出垫块的组装位置线。依次找正点焊垫块到位，并焊接，检验。卸开端部连接工装，安装抱箍，起吊绕管体，放于滚轮架上。清理绕管体外表面，吹干，待与封头和筒体切断部分组装。（5）组装前，从中心筒中拔出销子，清理干净管板和筒体切断部分、封头和筒体切断部分，将封头和筒体切断部分沿绕管体中心线旋转20，避免出现十字焊缝（如图9所示）。AB类焊缝作100%X射线探伤检查，II级为合格。合格后，采用试压垫片对整个绕管体进行压力试验，试压合格后，再按HG29584压力容器氨渗漏试验方法进行氨渗漏