欧米伽环换热器维修论文.doc

加氢装置环密封高压换热器的检修工艺杜昊，任俊杰，董秀丽，黄艳，王志坤中国石油华北石化公司，河北 任丘062552摘要：介绍了环密封高压换热器的检修工艺，对设计、使用及检修中的问题进行了分析，提出了解决办法。关键词：环，换热器，检修加氢装置工艺介质易燃易爆，包括加氢换热器在内的主要设备在高温、高压及有氢气和硫化氢存在的条件下运行，要求设备具有很高的可靠性。加氢换热器一般设计压力7.020MPa、温度300500,材料为15CrMoR+321或2.25Cr-1Mo+347，是石化行业中设计难度高、制造难度大的换热设备。选择何种密封结构至关重要，直接影响加氢换热器密封可靠性及制造难易程度。因此管板与管箱、壳体的密封结构成为加氢换热器结构设计最重要的环节。目前常用的换热器密封结构形式有金属环垫（八角垫、椭圆垫）密封、螺纹锁紧环、隔膜密封（盖板式密封）、环密封等。1 环换热器简介环换热器的管板与管箱法兰、壳体法兰的密封采用环密封结构，如图1所示，利用回转壳受压性能好的机理，设计制作环密封元件；密封环与法兰、管板以角焊缝的形式连接，介质和环境完全隔绝，有效的解决了其它类型垫片可能出现的密封面失效问题，属于无垫片密封。环密封结构设备主螺栓具有较小的预紧和操作载荷，减小了设备法兰与主螺栓的尺寸和重量。同钢垫圈密封结构（八角垫、椭圆垫）和螺纹锁紧环密封结构相比，环密封结构兼有两者的优点，拆卸检修方便、密封绝对可靠等特点。同时具有制造简单、重量轻、造价低、占地面积小以及直径、压力、温度适用范围广的优势，特别适合在石化企业的加氢装置、重整装置以及化肥装置中推广使用。可减小设备检修强度、提高设备的可靠性，节省设备的一次性投资，具有较高的经济效益和社会效益，有着广阔的应用前景。该结构换热器国内自1996年研发至今，已在很多加氢装置推广使用。图1 环换热器结构简图2 环换热器的检修技术要求由于环换热器的管板与管箱法兰、壳体法兰的密封采用环密封结构，环换热器的拆装难度在于合焊及切割两瓣环，其余与普通大法兰式换热器没有区别。在组装环时，两瓣环的拼缝焊接时要求高度对中，错边量非常小，焊接时在两片法兰之间的缝隙中完成，增加了焊接难度。拆装检修时，先用专用的工具把环切割开，拆装检修完毕后再重新组焊，需要准确判定拆装的次数。检修的质量将直接影响环的密封质量，因此必须严格按照检修规程进行施工。装置停工后，须将设备从系统中隔离，排净残存介质，并对设备进行氮气置换。由于加氢装置换热器在检修期间存在连多硫酸腐蚀的情况，可按照美国NACERP0175炼厂停工期间使用中和溶液防止奥氏体不锈钢产生应力腐蚀开裂的要求和步骤进行，自加氢反应器出口至加氢反应产物流程进行碱洗中和，在该流程的内表面保留碱膜。2.1 W环拆卸规程2.1.1拆卸管箱：（1）将设备法兰上4根全螺纹螺柱以外的主螺柱卸掉，使用手动切割或自动切割工具将管板与壳体连接环沿中线切割开, 保留全螺纹螺柱下方无法切割部分；（2）在4根全螺纹螺柱附近安装至少4根主螺柱夹紧管板，再将4根全螺纹螺柱卸掉，移至壳体法兰螺栓孔与管板支耳螺栓孔中，使壳体与管板维持连接；（3）使用手动切割或自动切割工具将全螺纹螺柱下方管板与管箱连接环沿中线切割开；（4）拆卸管箱。2.1.2拆卸管束使用手动切割或自动切割工具将管板与壳体连接环沿中线切割开, 保留全螺纹螺柱下方无法切割部分；（2）垫平管板，将4根全螺纹螺柱卸掉；使用手动切割或自动切割工具将全螺纹螺柱下方管板与壳体连接环沿中线切割开；（3）在管板端面安装环首螺钉，缓慢抽拉管束，不得碰伤环。2.1.3如果只抽管束不卸管箱，即管束与管箱一起拆卸（1）将设备法兰上4根全螺纹螺柱以外的主螺柱卸掉；使用手动切割或自动切割工具将管板与壳体连接环沿中线切割开, 保留全螺纹螺柱下方无法切割部分；（2）在4根全螺纹螺柱附近安装至少4根主螺柱夹紧管板，再将4根全螺纹螺柱卸掉，移至管箱法兰螺栓孔与管板支耳螺栓孔，使壳体与管板维持连接，使用手动切割或自动切割工具将全螺纹螺柱下方管板与壳体连接环沿中线切割开；（3）将管束连带管箱一起抽出。2.2 W环组装规程组装前按图3？打磨环之间坡口；组装过程可参照拆卸；要求密封环之间焊接接头组对错边量不得大于0.5mm；采用钨极氩弧焊至少分二层施焊。每层施焊完成后对焊接接头按JB/T 4730.5-2005进行100%渗透检测，I级合格。不同材质的环焊接材料按下表选取：环材质第一层焊接材料第二层焊接材料06Cr18Ni11TiH347L 1.6H347L 2.506Cr18Ni11NbH347L 1.6H347L 2.5INCONEL 600ERNiCr-3 1.6ERNiCr-3 2.4INCOLOY 800ERNiCr-3 1.6ERNiCr-3 2.4INCONEL 625ERNiCrMo-3 1.6ERNiCrMo-3 2.4INCOLOY 825ERNiCrMo-3 1.6ERNiCrMo-3 2.42.3 W环拆装注意事项（1）为了组装方便，拆卸前可对W环作标记；（2）环组装时，应保证环与设备法兰或管板的同心度及垂直度；（3）在环组焊时，在环最低部预留一段5-10mm左右不焊，待环其余部分全部焊完后，停留一段时间，使环腔内空气冷却至常温后再补焊预留段，环组装完毕后应再次进行碱洗；（4）在气密性试验前或开车前，用蒸汽加热环底部，使环温度在100以上，直至气密结束或装置正常运行后。2.4 环更换程序在环换热器检修过程中，每次拆卸时应对环的内、外表面进行仔细检查，以便及时发现有害缺陷，对存在缺陷的环可进行修复或者更换。更换步骤如下：（1）将环与设备法兰或管板的焊缝打磨干净，按JB/T 4730.5-2005进行100%渗透检测，I级合格； （2）组装环，保证环与设备法兰或管板的同心度，偏差不大于0.5mm；（3）将环与设备法兰或管板进行焊接，至少分二遍施焊，且焊脚高度6mm；（4）施焊完成后焊接接头按JB/T 4730.5-2005进行100%渗透检测，I级合格。3 问题和讨论 形环的使用寿命主要取决于两个形半环间对接焊缝的质量，试验表明通过对装、拆焊接工艺进行严格的控制，环可重复装、拆4一6次。该类型换热器在加氢装置应用以来，也出现了多次泄漏故障。上海炼油厂100万t/a汽柴油加氢精制装置中7台临氢高压换热器均采用Q环密封结构， 2000年第一次检修后，发现在装置开工升温后环底部焊缝热影响区处出现泄漏，为穿透性裂纹。在泄漏处用铁胶泥与特制压块堵住，用蒸汽保护后装置继续运行了2年多，裂纹没有扩展。2002年第2次拆卸，对换热器原管箱与管板连接的环进行了更换，开工升温后，在环下部焊缝热影响区出现1条3-4mm的穿透裂纹。经事后分析该缺陷是由于加氢装置的长期运行中，高温H2+H2S介质与钢生成FeS，在停工检修打开设备时与空气中的氧气和水接触反应生成连多硫酸，从而造成腐蚀开裂。华北石化120万吨年柴油加氢装置有6台临氢高压换热器均采用Q环密封结构，在2011年对换热器进行了检修，检修后在装置氮气置换过程中发现其中一台环顶部焊缝存在局部气孔，检查发现是由于该换热器环恢复过程中，换热器法兰螺栓长度较长，位置受限于换热器的接管法兰，无法全部退出，只能漏出部分环的焊接位置，施工单位采用了手电焊代替钨极氩弧焊，出现了焊接气孔。修复后在装置进一步升温升压的过程中又在另外的换热器发现两处环下部泄漏。后经返厂维修，初步判断为连多硫酸腐蚀引起。通过对以上环维修中及维修后的故障情况分析，运行中环出现故障的可能较小，绝大部分故障出现在检修过程中及设备检修后投入运行初期，采取规定的拆卸、组装工艺和防范措施，是可以避免停工再开工后环的泄漏的现象发生。在环换热器的设计、使用和检修过程中特别需要注意以下几点3.1 设计方面(1)改进换热器结构，减小由于管箱重力和管线推力施加在环上的应力。(2)对于存在连多硫酸腐蚀的情况，升级环的材质。更换材质奥氏体不锈钢18Cr-8Ni (304)长期在高温H2+H2S环境下，停工时会形成连多硫酸应力腐蚀。18Cr-8Ni-Ti (321)短期使用一般不会产生连多硫酸应力腐蚀，而长时间使用以18Cr-8Ni-Nb(347L)为宜。对含稳定化元素Ti, Nb的奥氏体不锈钢，经固溶处理，可极大地降低产生晶间腐蚀的倾向。因此，环须进行固溶处理。3.2 检修过程(1)装置停工后，可按照美国NACERP0175炼厂停工期间使用中和溶液防止奥氏体不锈钢产生应力腐蚀开裂的要求和步骤，自加氢反应器出口至加氢反应产物流程进行碱洗中和。另外，对环进行拆卸检查，组装完成后应再次进行碱洗。(2)在制造及维修的装拆过程中，首先要进行良好的定位。减小两个形半环焊接接头的错边量;其次应避免形环承受管箱或管板的重力，防止产生剪切破坏。设计结构是在设备上设置4只装拆螺栓，装拆螺栓全长要加工螺纹，管板上焊有带螺纹的支耳，并要求在检修过程中严格按照程序进行施工。(3)形环的焊接关键是要防止过大的焊接变形。为此,要严格按照焊接工艺要求，为避免出现夹渣、气孔等缺陷，保证密封的质量，施焊时每条焊缝至少焊两道，每道焊完均应进行100%渗透检测，以确认无任何缺陷。每次形环刨开后，要对形环的内、外表面进行仔细的检查，焊接前应认真清理焊接表面，对于焊接后发现的缺陷，必须全部消除后才允许补焊。(4)由于现场条件限制, 形环壁厚薄（3-3.5mm），焊接位置固定，对焊接工人的技术要求较高，应尽量聘请有经验的专业单位完成。使用形环密封结构换热器的安装，还需要注意螺拴的预紧问题。由于形环厚度小，不能承受过大的载荷，因此在螺栓预紧时，应对螺栓施加一定的预紧力。并且通过测量法兰与管板间的间隙，使其均匀，保证操作状态下的螺栓受力。(5) 长期使用的加氢环换热器内部堆焊层存在氢损伤，如果更换环必须进行消氢处理。3.3 使用维护(1)在工艺上采用热态开工，系统先升温后升压。在设备上可防止加氢反应器在升压过程中发生脆性破坏;在工艺上可有效防止在开工过程中发生连多硫酸应力腐蚀。反应器中催化剂是硫化态(在催化剂表面形成金属硫化物)，在氢气状况下，可能还原生成硫化氢，另在催化剂床层中吸附着在开工中形成的硫化物，催化剂中吸附水分，如采用冷态开工，随气体循环流出反应器的硫化物，在遇到低于其露点温度的工况时，会发生露点积液，在不锈钢表面可能发生应力腐蚀,如采用热态开工，使整个反应系统在较短的时间内升到较高的温度(高于硫化物露点温度)，从而避免发生露点应力腐蚀开裂。(2)开车或停车时，操作压力及操作温度应缓慢上升或下降，避免造成过大的压差和热冲击； (3) 设备严禁在超过设备铭牌规定的条件下运行；对于按压差设计的设备，无论是开车、停车或操作工况，均应严格控制管壳程的压差不超过设备铭牌的规定，请用户特别注意，严格遵守！ (4) 装置停工后，须将设备从系统中隔离，排净残存介质，并对设备进行氮气保护。 (5) 应结合巡检，经常对管壳程介质的温度及压降进行检测记录，分析换热器的泄漏和结垢情况，应经常监视管束的振动情况。参考文献：1、加氢装高压换热器型密封环的维修及腐蚀原因分析 石油化工设备技术，2005，26（6） 上海高桥石化工程建设有限公司 李力生2、高压换热器的形环密封结构 压力容器，2000