循环水冷却器失效分析

第 4 O卷第 4期 2 0 1 1 年 7月 石油化工设备 PE TR0一 CHEMI CAL EQUI P MENT Vo 1 4 0 No 4 J u l y 2 0 1 1 文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 1 0 4 0 0 9 5 0 2 变换气 循环水冷却器失效分析 王海波 张 峥 张一钧 1 甘肃蓝科石 化高新装 备股份有限公司 甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0 2 神华 宁夏煤业集 团有限责任公司 宁夏 银川 7 5 0 0 1 1 摘要 对 甲醇装置 中的变换气 循环水冷却器运行 中泄漏产生原 因进行 了分析 并提 出解决措施 关 键词 冷却器 失效 无支撑跨距 振动 中图分 类号 TE 9 6 5 T Q 0 5 0 7 文 献标志 码 B 变换气 循环水冷却器作为甲醇装置中的关键设 备之一 其冷凝变换气的效果如何直接对 甲醇装置平 稳运行起到了关键作用 某单位 6 0万 t a甲醇装置 开工运行 2个月 后 中变换 气 循 环 水冷 却 器 就发 生 泄漏 造成前 后分离罐液位持续升高 严重影响到装 置的运行 临时采取堵管措施后不久再次发生泄漏 文中对泄漏原因进行分析并提出解决对策 1 设备简 介 变换气一 循环水冷却器选用单管程 单壳程 固定 管板 式热 交换 器 双 弓形 折流 板形 式 换 热 管与管 板 采用强度焊加贴胀 前后管箱 管板 换热管材质选 用 0 C r l 8 Ni l 0 T i 壳程壳体材质选用碳钢 有关结构参数 壳体规格 内径 名义厚度 总 长 高度 mm 01 9 0 0 1 6 x 1 3 5 0 0 2 9 0 0 换热 管规格 外径 壁厚 长度 ram 01 9 2 9 0 0 0 数量 4 3 0 0根 折流板间距 7 5 0 mi l l 共 9 块 左侧第 一 块折流板至前管板距离为 1 3 0 0 mm 右侧最后一 块折流板至后管板距离为 2 0 0 0 mm 设 计 参 数 管 程 工 作 压 力 进 出 3 4 9 3 4 7 MP a 工作 温度为 进 出 1 1 3 4 0 设计 压 力 4 4 5 MP a 设计温度 1 3 5 介质为变换气 冷凝 水 壳程工作压力 进 出 0 4 0 3 8 MP a 工作 温度 进 出 3 0 4 0 设 计 压 力 0 7 MP a 设 计 温 度 8 O 介质为循环水 2 运行情况 设 备 到 达 现 场 后 进 行 了水 压 试 验 管 程 5 5 6 MP a 壳程 0 8 8 MP a 经检验合格后安装就 位 设备开工运行 2个月后发生泄漏 切 除后打开 前 后管箱人孔对换热管管头进行 了表面检测 未发 现缺陷 壳程水压试验发现泄漏处位于换热管 内 初步判定为换热管失效 泄漏部位主要集中在上部 2排管 下部 3 排管 其余部位泄漏较少 共堵管 3 0 0 余根 堵管后运行 1 个月后 再次发生泄漏 泄漏位 置与第一次相同 堵管约计 1 0 0根 3泄漏原 因分析 1 s 3 1 设计分析 3 1 1 热应 力 本设备为 固定管板热交换器 具有设备直径大 换热管长度较长 管 壳程材质不一致 管 壳程热膨 胀差很大及热应力差值很大的特点 壳体上设置膨 胀节 如果膨胀节设计不合理 一般会造成换热管与 管板焊接管头失效破坏 本次失效未发生管头失效 的情况 可以说明热应力在可控范 围内 通过对膨 胀节计算的复核计算表 明设计满足设备要求 说明 热应 力不 是设 备失 效 的原 因 3 1 2振 动 本设备 的失效主要表现为换热管失效 由于壳 体与管板采用焊接结构 因此无 法进人壳程进行检 验 未能准确对换热管失效位置进行标注 GB 1 5 1 1 9 9 9 管 壳 式 换 热 器 中 规 定 O1 9 mm换热管的最大无支撑跨距 为 1 5 O O mm 在 此情况下可不考虑流体诱导振动 本设备中部换热 收稿 日期 2 0 1 1 一 o 3 1 O 作者简介 王海波 1 9 7 1 一 男 四川 I 汉源人 高级工程师 学士 多年从事压力容器及压力管道的设计 技术开发以及管理 工作 石油化工设备 2 0 1 1年第 4 O卷 管无支撑跨距 为 1 5 0 0 mm 前端换热管无支撑跨距 为2 0 5 0 mm 后端换热管无支撑跨距为 2 7 5 0 mm 此数据远超过文献 9 规定 且又受到流体冲击 必 然会 引起流体诱导振动 折流板管孔尺寸大于换热管外径 振动使得前 后端折流板对换热管产生剪切作用 引起换热管减 薄直至穿孔失效 由于流体在排管上 下端变化最 为剧 烈 因此振 动也会 最 为剧 烈 此 处换 热 管最易 失 效 前 后两次换热管泄漏位置为排管的上下几排 符合振动引起破坏的分析 3 2 制造 通过与换热器生产厂家的交流可知 换热管 折 流板与单侧管板穿管完毕后整体拉入壳体 然后再 连接 另一 端管 板 由 于设 备 直 径 较大 换 热 管数 量 多 换 热管与折流板质量超过 3 3 t 整体拉人壳体 时 因壳体壁厚较薄 1 6 ram 圆度较差及管束 自重 的原 因 折流板与壳体将产生很大的摩擦力 使得折 流板与换热管形成一定 的倾角 对换热管产生了很 大的摩擦力 造成热交换器制造完毕后换热管与折 流板接触的部分就已经产生了缺陷 并且排管上 下 端更为严重 此缺陷在设备发生振动时就成为了破 坏 源头 综上所述 热交换器设计中前 后端换热管无支 撑跨距远大于标准要求 加之制造工艺 的不合理造 成 了该大型固定管板热交换器在短期使用后连续发 生 失效 4解决措施 4 1热力计算 对换热器重新进行工艺性能核算 调整折流板 间距及折流板距前 后端管板的距离 从根本上减轻 振 动的发 生 4 2 优化制造工艺 4 2 1 管板 与折 流板 同轴度 由于折流板较薄 钻孔 时钻头的推力将使折流 板中心产生变形 因此 制造 时将折流板去掉毛刺 并校平 以 8 1 0块 为一叠 压 紧后沿周边 点焊 然 后 一起 钻孔 加 工 时须注 意折 流板 叠合后 的厚 度 不 能超过钻头工作部分的 4 5 为 防止折 流板 钻孔 时产生挠 曲而影 响孔距精 度 必须在折流板下面垫上整块木板 以承受钻头的 推力 在钻孔时可以采用以下方法保证折流板 的管 孔与管板的管孔在同一直线上 采用数控平面钻 床进行折流板钻孔 用数控设备的定位精度来保证 将管板 当作钻模放在折流板上压 紧后进行引孔 即以管板为基础 先在折 流板上钻出和管板孔距一 致的定位孔 然后取下管板 将折流板压紧并换上适 合折流板的钻头 以引 出的定 位孔为准进行 加工 钻完孔后以钻出的孔为基准 再加工外圆 再按对 称方向根据需要 的折流板形状加工并 依次作好记 号 以保 证后 续装 配顺 利 4 2 2 调 整 穿管工 艺 采用分段后退式组装 法 预先制造几块板 其管孔大小和位置都与管板一样 将其与平台组成 一 个组装架 用拉杆保持各支持板的距离 将平 台放 置在 同一 水平 面 上 然 后将 所 有 的管 子 穿 过组 装架并插入换热器左管板 在筒体内放入 2块折 流板 且用拉杆 固定 采用引管将换热管逐根向右 推人这 2块折流板 完成后再安装 2块折流板 再将管子向右推一段距离 如此反复进行 直到全 部折流板装好 组焊右侧管板与筒 体 采用引管 将所有换热管引入左侧管板的孔中 5 结 语 通过文中所述应对措施 设备重新制造完成后 至今 已安全运行 1 a 由此证明对失效原因的分析及 采取的措施是可行 的 参考 文献 1 王爱芝 加氢 高压空冷 器管束 穿孔泄 漏失 效分析 E J 3 石油化工设备 2 0 1 0 3 9 3 4 3 4 7 E 2 王 泳 薛小强 油浆蒸气发生器内漏原因分析及 改进 措施 J 石油化工设备 2 0 0 7 3 6 1 9 6 9 8 3 赵军凯 彭湘 桂 刘 瑜珩 等 海 水一 干原油 换热 器故 障 分析和改进措施 J 石油化工设备 2 0 0 7 3 6 增 8 9 9 0 E 4 3 王广兵 张玉轩 电脱盐换热器失效分析 E J 化 工设备 与管道 2 0 0 2 6 1 8 1 9 5 高丽 宝 换 热 器管 束 失 效 分 析 J 化 工 装 备技 术 2 0 0 5 4 5 7 5 9 E 6 3 黄靖 国 乙烷炉急 冷换热器 失效分 析及 修复 J 压力 容器 2 0 0 2