刀刀网
您的当前位置:首页高压临氢Ω环换热器检修技术

高压临氢Ω环换热器检修技术

来源:刀刀网
高压临氢Q环换热器检修技术 贾小斌 (兰州兰石重型装备股份有限公司,甘肃兰州730314) 摘要:某石化公司Q环高压临氢换热器在使用过程中发生泄漏,分析讨论了Q环密封垫圈的密封 原理以及泄漏原因,并提出了具体的修复施工方案。结果表明,换热器泄漏主要集中在Q环环焊 缝和其与管板和法兰的角焊缝处;焊接采用TGF316L打底,实芯焊丝(ER316L)盖面;n环与法兰 紧密贴合后再焊接,保证设备螺栓上紧力。 关键词:n环;换热器;高压临氢;TGF316L 中图分类号:TH49;TQ051.5 文献标志码:B 文章编号:1001—4837(2017)02—0069—05 doi:10.3969/j.issn.1001—4837.2017.02.01 1 Maintenance Technology for High Pressure and Hydrogen Service Q-Ring Heat Exchanger JIA Xiao—bin (Lanzhou LS Heavy Equipment Co.,Ltd.,Lanzhou 730314,China) Abstract:A petrochemical company Q type ring in the high pressure heat exchanger in the process of U— sing hydrogen leak,analysis discussed Q ring sealing gasket sealing principle and the causes of leakage, and the repairing concrete construction schemes are put forward The results show that the heat exchanger leakage are mainly concentrated in Q inside weld and fillet weld with the tube plate and flange:Backing welding with TGF316L,solid core wire(ER316L)covering;l' ̄type ring and the lfange together again af- ter welding,ensure the bolt tightening force Key words:Q-ring:heat exchanger;high pressure and hydrogen service;TGF3 16L 问题。 0引言 为减少此类问题发生,笔者通过某石化公司 Q环换热器,结构见图1,分析其密封性原理、设 换热器是石化装置中的重要设备,介质多为 易燃易爆的含氢介质,操作温度和操作压力均较 计制造环节控制要求,并提出相应整改措施。精 制产物/减压进料换热器,设备形式为BIU,管程 数2,壳程数1,规格6800 mm×24/56 mm× 8757mm。设计压力:壳程5 MPa,管程18 MPa;设 高,临氢、不得有任何泄漏。一旦泄漏容易造成爆 炸、人员中毒及灼伤等事故。换热器的密封性能 直接影响装置的可靠性,特别是在高压临氢装置 中的换热器密封性在设计制造中尤为突出_l-41。 笔者在检修过程中多次遇见n环换热器泄漏 计温度:壳程300℃,管程360℃;Q环为壳程/管 程焊接密封垫圈;壳程介质为H:O,Oil;管程介质 为H ,H S,H O,Oil;壳程材料Q345R,管箱材料 .69. l2Cr2Mlll I{. 』f 密埘 材料OC z’l8Nil01 i. .1 ・隋况介绍 换热器杠运行一段时问后,现场检修水 验时,发现换热器的管板与管箱处的n 惭J-,j‘ 漏水,同时Q环 现一定程度的变形,埘 !j4:逊 行化分检测,数据 表l,同时经I r检测, 陷, I 换热器结构示盛 {f 卵 I 返 2,3。另从损伤情况看需要 新 换 ! 环,fI:t于现场情况复杂,对设备进行_r 表1 Q环密封垫圈化学成分分析 索 (: S P Si MI1 Cr Ni .ri 测fIli _准flII= ().07 0.08 O.015 0.020 O.Ol5 0.035 0.68 O.75 1.8 2.O l7.8 l7~l9 I1 9~l2 ———● ≥5t: 2泄漏原因分析 2.1 n环密封垫密封原理 n环密封垫是一种半呵拆式密封结 .圳 4所示 、 '-■ —I_ 4 环密封彤』弋 常J}J于高压换热器巾。其主要通过螺柃、 : 兰、两瓣的Q环密封垫圈组焊而成 早 2()… 纪90年代初加氢装置就已开始采刚这种结构进 行密封。与八角垫密封、螺纹锁紧环密封卡I Il'匕.j 1 第34卷第2期 压 力 容 器 总第291期 具有更多优势。其原理是通过对称的2个半球Q 环密封垫圈,将介质引人到环内,通过环的膨胀来 消除内压及其产生的轴向力载荷,也具有膨胀节 的作用 ]。安装时,需要n环密封垫圈先分别与 管板和管箱(管箱侧)法兰对中后,进行螺栓固 定,然后对角焊缝部位焊接并打磨圆滑,最后再组 工况。停工时,一定要注意连多硫酸在环中集结, 在高压下,甚至会出现Q环被撕裂的情形,类似 事故在某化工厂检修中曾出现过。 3修复方案 焊Q环环焊缝。其利用环壳密封原理,进行高压 密封。 2.2 12环结构特点 (1)将管板两侧的设备螺栓拆除,螺栓拆除 后妥善保存,防止损伤。切割时应沿着Q环的焊 缝中心线均匀切开,切开后应保证 环切面位于 一Q环本身具有较好的轴向变形能力,不受温 个平面内,不能出现S型切口。拆除螺栓时预 度、压力波动大和结构变形不一致的影响。其密 封结构简单,制造及拆装方便,密封效果好,解决 了其他类型垫片可能出现的密封面失效问题,也 不会因密封面变形错位而导致泄漏。Q环突出 的优点是密封比压为0,螺栓预紧力小,螺栓主要 承受内压引起的轴向力,因此,螺栓直径、法兰厚 度和质量均减小。 2.3常见泄漏位置 两半型Q环密封垫通过与管板、管板侧法兰 焊接结构,是高压临氢换热器结构设计中的重要 工作。由于受到高温高压临氢工况,Q环出现泄 漏是该类换热器的主要检修问题。通过多台该类 换热器的检修发现,常见的泄漏点主要集中在两 个位置 一 :一是Q环瓣片对接焊缝位置,由于 Q环在加工组对时错边过大,容易造成局部应力 过大,以及焊接时操作不当出现热裂纹等焊接内 部缺陷;二是角焊缝位置,Q型半环分别与管板 和管箱(或壳体)法兰连接的焊缝,由于设备螺栓 上紧力不够,设备运行时介质温度、压力升高,螺 栓发生松弛,引起角焊缝撕裂。 2.4 n环有无基板槽 一般情况下,在n环下部基板上有几个5 mm×1 mm槽均匀分布。目的是在工况下,Q环 内的介质可以流动,不能形成积液和死区,从而避 免从基板槽进入Q环腔,使n环受到腐蚀 -9 。 另外一种结构中没有槽,容易出现腐蚀问题。 2.5 n环变形 Q环作为承压密封元件,其环壳部分直径 小,壁厚2—3 mm,能承受很高的压力,介质和环 境完全隔绝,是一种无泄漏密封结构。一旦Q环 发生变形,极易造成两半环之间出现间隙。在这 种情况下,半环之间的间隙过大会造成环的外形 尺寸严重不符合要求,承受不了设计要求的高压 留3根,待切至螺栓阻挡部位时,在已切开部位用 另外3根螺栓把紧,拆除原来螺栓,待 环完全 切开后拆除所有螺栓,以防止撕裂n环环形部 位。考虑到本设备须更换n环,也可以选择直接 刨开。 (2)用行车等将管箱固定牢固,防止n环切 开后管箱坠落。将管箱移出,管束抽出,放置安全 位置,做好保护。 (3)打磨清理管箱法兰侧、管板侧n环和管 板表面油污,以便P11检测。由于 型密封环与 法兰焊接多为手工氩弧焊,采用上镗床方式将其 加工去除。这样对法兰及管板损伤较小,且加工 后的坡口规整,便于后续Q型密封环的更换及焊 接。 (4)加工表面进行100%PT检测,按NB/T 47013.5_2015中I级合格;检查密封面等部位 是否存在裂纹及缺陷,若存在裂纹,则重新确定返 修方案。 (5)按图样尺寸及工艺重新制作Q环2副。 Q环加工后,检查其水平度,同时检查每对n环 重叠后其贴合面是否紧密;否则极易造成Q环椭 圆变形,从而使其失效。 (6)组装n环。Q环在组装过程中对尺寸要 求较高,在组焊 环中间环缝之前,必须对管箱 法兰和壳体法兰之间的距离进行测量(一般测8 点),与图纸尺寸进行对比,确保Q环与法兰、n 环瓣之间完全贴紧,检测合格后方可焊接;否则容 易引起焊接变形,间隙增大,在组装并把紧螺栓后 容易使角焊缝撕裂。 (7)对Q环与管板、管箱以及壳体的连接,采 用手工钨极氩弧焊,焊接时要防止焊接变形。组 对Q环与管箱法兰,组对时必须用专用工装压紧 n环与管箱法兰,不允许存在间隙。 .71. CPVT 高压临氢n环换热器检修技术 Vo1.34 No.2 2017 焊接时采用手工氩弧焊的焊丝为ER316L ( 2.0),焊材要烘干,焊前清理坡口,其上不得有 油锈、水汽,且由持证焊工采用短弧快速施焊,层 间温度不大于100 oC,焊接工艺规范见表2。 表2 n型密封环与管板、管箱以及壳体的焊接工艺规范 层数 第1层 第2层 焊丝 ER316L ER316I 直径/mm 击2.0 击2.0 电流/A 10o~15O 100~150 电压/V 15 l7 15~17 焊接速度/(mm/min) 氩气流量/(L/rain) ≥70 /70 >8~12 8~l2 焊后焊缝磨平,并进行100%PT检测,按照 NB/T 47013.5_2015中I级合格。 (8)对n环与管板、管箱以及壳体的连接焊 缝进行100%PT检测,按NB/T47013.5—l2015中I 用焊丝或其他工具进行定位,防止焊接收缩导致 两瓣Q环垫片咬死而无法焊透。第1层焊丝为 TGF 316L( 2.0)背面不需氩气保护,第2层焊丝 为ER 316L( 2.0)。焊前清理坡口不得有油锈、 水汽;焊材要烘干。焊接由持证焊工采用短弧快 速施焊,控制层间温度不大于100 oC,焊接工艺规 级合格。要求当焊至1/2厚度或打底焊接完成后, 增加一次100%PT检测,确保焊缝质量,以避免由 于角焊缝焊接应力过大,在设备运行中导致开裂。 (9)重新装入设备管束,必须检验管束是否 范见表3。结合Q环奥氏体不锈钢焊接特点以及 焊接受空间结构的,对n环环向焊缝采用背 面自保护TGF316L打底,药皮熔化后形成保护 组装到位,保证壳体法兰、管板和n环密封垫圈 的同心,调整两瓣Q环垫片之间的错边量及间 隙,错边量应≤O.5 mm。 层,使背面金属不受氧化 ;采用实芯焊丝 (ER316L)盖面,要求焊缝略有余高,以增强焊接 接头强度;Q环与管板、管箱、法兰连接的角接头 焊缝严格采用小规范小电流,保证焊透。 (10)采用手工氩弧焊焊接壳程侧Q环。 焊接Q环对接焊缝,应在两瓣Q环垫片之间 表3壳程侧n环的焊接工艺规范 层数 第1层 第2层 焊丝 TGF 316L ER 3l6L 直径/mm 击2.0 越.0 电流/A 140~l60 150~170 电压/V 15~l7 15~17 焊接速度/(mm/min) 氩气流量/(IMmin) ≥90 ≥90 8~12 8~12 焊完第1遍后将表面打磨圆滑并进行100% PT检测,按照NB/T 47013.5_2015中I级合格。 行管程水压试验,管程水压试验压力:25.1 MPa。 试压合格后将设备内积水放净,同时在环底部钻 一探伤合格后,再进行第2遍焊接,焊接执行焊接工 艺,焊后将焊缝打磨圆滑;焊缝进行100%PT检 测,按NB/T 47013.5_2015中I级合格。 (11)组装试压用压紧法兰、试压盲板及紧固 件;壳程水压试验,试验压力7.6 MPa。 (12)组装管箱与管板Q环,同时先把紧3— 小孔来放尽环内积水,并用压缩空气吹干,最后 (15)按照设备螺栓图样要求,预紧力对设备 将小孔补焊完好。 螺栓再次均匀对称上紧,以免因预紧力不足导致 设备在运行过程中出现Q环变形、甚至焊缝撕 裂,而发生设备泄漏事故。 4结语 4根螺栓(对称进行),将Q环两瓣完全贴合。保 证管箱法兰、管板和Q环密封垫圈的同心,且Q 环密封垫圈组装后两瓣的错边量应≤0.5 mm,确 保环没有变形。 (13)采用手工氩弧焊焊接管程侧 环,具体 按表2;焊缝进行100%PT检测,按 NB/T 47013.5_2015中I级合格; (1)n环高压换热器,在开停车过程中,由于 设备压力波动较大、介质流速变化,操作不当,特 别是在停车时经常介质清理及置换不彻底,较易 发生泄漏。 (14)将设备全部螺栓均匀对称上紧,然后进 .(2)检修中,发现换热器泄漏主要集中在Q 72. 第34卷第2期 压 力 容 器 总第291期 环环焊缝和其与管板和法兰的角焊缝处。主要由 于设备在运行过程中此接头处受到介质温度和压 力的交变变化,以及环焊缝的焊接质量影响,极易 施永华.某换热器不锈钢管断裂原因分析[J].流体 机械,2014,42(5):50—52. 黄德华,杨凯.压缩富气冷凝器故障分析及改造 [J].化工设备与管道,2016,53(6):36—39. 易国英.临氢高压换热器用Q环的焊接[J].电焊 机,2011,41(9):50—52. 产生裂纹和穿孔,所以发生泄漏后,装置必须立即 停车检修。 (3)对Q环环向焊缝采用背面自保护 TGF316L打底,实芯焊丝(ER316L)盖面。 (4)重新组装时,应将n环与法兰紧密贴合 后再焊接,保证设备螺栓上紧力。 黄军锋,杨俊岭.n环式密封高温临氢换热器的设 计[J].石油化工设备技术,2015,36(4):16—18. 丁毅,赵骏,师红旗,等.高压加氢换热器n环开裂 失效分析[J].中国腐蚀与防护学报,2010,30(5): 413—415. 经过此次检修,本设备彻底消除了泄漏等安 全隐患,并且采用合理的返修方案,从而降低了返 修工期及返修成本,自201 1年检修以来现场使用 情况良好,未再发生泄漏。 参考文献: 宋秉棠,顾雪东,邹建东.加氢换热器Q环泄漏原因 与对策[J].石油化工设备,2003,32(1):57—58. 徐灏.密封[M].北京:冶金工业出版社,1999. 收稿日期:2016—12—30修稿日期:2017—01—13 柴祥东.螺纹锁紧环换热器内漏问题探讨[J].压力 1j作者简介:贾小斌(1969一)男,高级工程师,主要从事压 力容器的制造及检修工作,通信地址:730087甘肃省兰州 市兰州新区昆仑大道528号兰州兰石重型装备股份有限 公司,E—mail:jiaxiaobin@lshec.tom。 容器,2015,32(4):35—39.  1j 1』1● 1J 杨剑锋,等.炼油装置腐蚀与防护管 [2] 陈轩,陈良超,理系统[J].压力容器,2016,33(4):70—75. (上接第5O页) [8] 喻健良,闫兴清,李岳,等.气瓶安全泄放量计算方 法探讨[J].压力容器,2011,28(11):36—40. [9] API 520一P1--2000,Sizing,Selection,and Instlal ̄ion of Pressure—Relieving Devices in Refineries[S]. [10] ISO 41 26—6,Application,Selection and Installation [12] 陆怡,孙志冬,张琪.LNG车用气瓶颈管结构参数 优化[J].压力容器,2016,33(7):32—41. 收稿日期:2016—05—18修稿日期:2017—01—22 作者简介:闫兴清(1983一),男,工程师,主要研究方向为 压力容器及管道安全,通信地址:116024辽宁省大连市凌 工路2号大连理工大学化环生学部实验楼H401,E— mail:yanxingqing@dlut.edu.cn。 of Bursting Disc Safety Devices[S]. [11]GB 567--1999,爆破片与爆破片装置[S]. (上接第56页) Inspection Rules for the Mechanical Components of 为避免出现此类情况,应在设计及制造阶段 充分考虑RSE—M规范对设备的无损检验要求, 并在役前及在役检查进行检验验收时应注意区分 检验的范围以及所适用的验收标准,同时在进行 PWR Nuclear Islands[s]. [3] 朱从斌,葛林涛,朱坤.核岛主设备制造和役前检查 阶段无损检测技术差异[J].无损检测,2015, 37(9):50—54. 验收时也有必要对检验结果数据进行修正,采用 相应配套的检验技术和验收标准。 参考文献: [4] 徐清国,陈怀东,马官兵,等.国内外核电站在役检查 能力验证发展[J].无损检测,2013,35(10):38—44. 聂勇.核电站反应堆压力容器焊缝的超声 [5] 许远欢,检测及验证[J].压力容器,2013,30(6):50—55. 收稿日期:2016—08—11修稿日期:2017—01—23 RCC—M(Edition2000+Addendum2002),Design and Construction Rules for Mechanical Components fo PWR Nuclear Islands[S]. [2] RSE—M(Edition1997+Addendum2000),In—service 作者简介:吴伟帮(1985一),男,工程师,主要从事民用核 安全机械设备的无损检测工作,通信地址:518000广东省 深圳市龙岗区黄阁路天安数码城5栋2019室,E—mail: wuweibang@cgnpc.tom.ca。 ・73・ 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容