气体冷却器管的防漏措施

1、气体冷却器管的防漏措施日本姬野仁见新日铁化学公司九州工厂的气体冷却器(E-1AD)为翅片管式换热器，设置后第3年，冷却器管的密封焊接处开始开裂，冷却水泄漏。对此通常是降低生产能力，临时用铁塞等应急处理。本文调查了冷却器管密封焊接处发生泄漏的原因，同时采取了防止泄漏的措施。1 装置概要 气体冷却器(E-1AD)为翅片管式换热器。工艺流程见图1，设备规格见表1。表1 设备规格型号翅片管式换热器壳侧管侧浪体名称气体淡水设计温度9062使用温度42703237设计压力65kPa使用压力材 质SUS304SUS304根数240根台图1 工艺流程2 存在问题2.1 泄漏状况冷却器B有3根管子在开工后第3年

2、发生泄漏，冷却器C有1根管子在第2，年发生泄漏，泄漏后冷却水流人壳侧煤气中。两次泄漏都发生在管子和管板之间的密封焊接处，对此临时降低了生产能力，在管子的泄漏处用铁塞处理后密封焊接。2.2 管缺陷的检测和修补。为避免开工中发生泄漏，在设备停用时用超声波探伤检查对管子和管板之间密封焊接处的缺陷进行了检测。检测时先对人为瑕疵的试验部件进行评价，确认能够检测后，再对所有管予(240根台4台)进行检查。试验部件的探伤检查回波高度和圆周方向槽深见图2。检查发现，有18根管子（共960根）存在的缺陷。探伤范围和回波高度（波形）见图3和图4。对缺陷的管子用铁塞处理后密封焊接。对其他管子则加大扩管长度，再次扩管

3、，扩管长度由15mm加大到25mm，扩管率由3.6%5.1%提高到6.9%9.5%，以缓和应力向密封焊接处集中。3 泄漏原因从上述情况和表1数据可以看出，原焦油质量对商品焦油质量的影响比离心机装料量对商品焦油质量的影响大。倾析离心机的缺点是不能调节螺旋输送机的差速，因此，很难保证得到的油渣质量符合要求。油渣中的焦油含量与机械化澄清槽初沉淀阶段的油渣中的焦油含量实际上没有区别，甲苯不溶物的含量为39%40%。将这些油渣配人煤料中不困难，但是，商品焦油损失较大。采用螺旋输送机转速调节器，可以选择更合适的离心机操作制度。由此可见，采用倾析离心机调节煤焦油系统可以做到：防止油渣在焦油贮槽沉淀；将沉淀设

4、备容积缩小到4 000m3；防止未卸的残渣在铁路槽车沉积；在清理焦油槽和铁路槽车时取消了繁重的手工劳动。图2 圆周方向槽深和回波高度的关系 图3 探伤范围 图4 波形图片3.1 检查结果检查结果见表2。管支架处可看到轻微的撞击痕迹，破损面可看到棘轮痕迹和条痕，由此判断是某种振动导致密封焊接处疲劳破损。（1）气柱振动的确认。所谓气柱振动是指气流导致的管束涡励振力的频率与换热器内音场的频率一致时所产生的气柱共振现象。基于疲劳破损可能是振动造成的认识，故通过气柱振动进行了管共振计算。结果如表3所示，并无共振点和其他问题。表2 检查结果检查项目检查结果目测、外观检查运转时内部有杂音密封焊接处断裂（图5

5、）破损面可看到棘轮痕迹管支架有撞击痕迹（图6）微观、组织、硬度检查破损面可看到棘轮痕迹组织为SUS304正常组织硬度为SUS304正常范围成分分析能满足SUS304的规格值破损面的SEM没有应力腐蚀特有的裂纹有棘轮痕迹及条痕可能是疲劳破损（图7）表3 气柱振动计算结果实测值设计值气体温度70气体温度/42卡门涡旋数管固有频率气柱频率171164118113 图5 裂纹发生部位 图6 撞痕状况图7 SEM图像（条痕）(2)流体的影响。调查了冷却水和气体是否导致了微小的振动。调查时先用冷却器改变各流量后，再用加速度判定（图8）。结果如表4所示，情形3与各流量最大为100时的正常运转时相比，降低气体

6、流量后，振动加速度由12G急剧减小到0.2（图9）。上述情形表明，泄漏的原因是气体流速造成管振，并以固定部位（管板）为支点不断循环，产生应力，导致疲劳破损。图8 振动测定方法图9 振动测定结果（波形）表4 改进前振动测定结果项目测定条件测定值气体冷却水冷却器A冷却器B正常运转100100情形110075情形210050情形3501004 防漏措施气体流量减少一半后，微振可大幅度减少，但换热器能力下降，影响运转。对此决定通过设备改进控制微振，对管支架的设置进行了研究。由于管与管间距非常小(约3. Omm)，为了不使设备能力下降，通过设置支架来控制微振。a)支架的形状为扁钢(宽lOmm厚2mm)，用5块翅片保持住。b)从两侧将翅片与翅片串连上，从左右固定住管子。c)设置在管板和原有支架的中间部位(图10)。这样设置后，不仅可将管束提出，而且不会减少传热面积。图10 中间支架的设置方法5 改进效果通过设置支架大大减小了振动加速度，改进前后的振动加速度（波形）见表5和图11，