放空冷凝器內(nèi)漏問題與改進(jìn)

余 剛 高 博 關(guān)慶賀

（中國石油遼陽石油化纖公司機(jī)械廠 遼陽 111003）

放空冷凝器內(nèi)漏問題與改進(jìn)

余 剛 高 博 關(guān)慶賀

（中國石油遼陽石油化纖公司機(jī)械廠 遼陽 111003）

對(duì)一例放空冷凝器的泄漏失效，從影響管束振動(dòng)磨損的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、換熱管選材及采購要求、折流板管孔直徑及偏差的確定、制造的質(zhì)量計(jì)劃等因素進(jìn)行了分析，并給出了規(guī)避這種泄漏失效風(fēng)險(xiǎn)的控制措施，建議以改進(jìn)管束殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及換熱管選材的合理性和制造質(zhì)量計(jì)劃的可靠性來保證冷凝器安穩(wěn)運(yùn)行的長期性。

冷凝器 內(nèi)漏 設(shè)計(jì) 制造 改進(jìn)

KeywordsTechnical specifcation Weld inspection Requirements

一臺(tái)放空冷凝器，為立式BEM500-0.2/0.8-24.8-1.9/25-1I型[1]，174根換熱管呈正三角形排列，折流板間距200mm，技術(shù)特性見表1。

表1 技術(shù)特性

2011年12月制造出廠，2012年8月隨裝置開工投用，運(yùn)行了18個(gè)多月發(fā)生內(nèi)漏，拆卸回廠檢修發(fā)現(xiàn)，管板及管接頭腐蝕輕微，殼程水壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)近1/4換熱管漏水。作更換換熱管修理，鏜管頭抽管時(shí)發(fā)現(xiàn)，管頭貼脹不到位，折流板管孔偏大，這可從較為容易抽出的換熱管兩端銹蝕和表面輕微劃痕看出。泄漏的換熱管外表面清晰可見在管板管孔背面和折流板管孔處呈現(xiàn)刻痕銹蝕（見圖1、圖2），有的刻痕已穿透管壁，且刻痕在換熱管的同一方位上。

1 設(shè)計(jì)問題與改進(jìn)

這臺(tái)放空冷凝器安裝在放空冷凝液罐的出口接管法蘭上，而放空冷凝液罐的工作壓力為ATM，工作溫度為100℃。但從放空冷凝器工作壓力0.002MPa和工作溫度100.0/99.0℃看，放空冷凝器的功能是將放空冷凝液罐排放的汽液混合物中“低壓蒸汽”冷凝為液體，冷凝液沿?fù)Q熱管內(nèi)壁流下，而氣體放空。“低壓蒸汽”從放空冷凝器底部的管程進(jìn)入，經(jīng)殼程下部進(jìn)口的循環(huán)水冷凝。

圖1 管板管孔背面的換熱管刻痕

圖2 折流板管孔處的換熱管刻痕

從抽出的泄漏換熱管外表面刻痕特征看，是由于管束振動(dòng)引起的換熱管在管板管孔背面和折流板管孔處發(fā)生碰撞磨損（相當(dāng)于管孔切割換熱管）直至穿透管壁。規(guī)避換熱管因振動(dòng)而發(fā)生碰撞磨損失效的措施之一是增加管束的固有頻率，減小折流板間距。查竣工圖，放空冷凝器管束殼體的循環(huán)水進(jìn)/出管口選用接管DN200（φ219.1×12.7）/配補(bǔ)強(qiáng)圈JB/T 4736 DN200x8-D，進(jìn)口接管中心至下管板背面距離317mm（出口為-50mm），接管內(nèi)壁下面距離管板背面213.8mm的空間為流動(dòng)死區(qū)，而補(bǔ)強(qiáng)圈下邊緣距離管板與殼體圓筒的環(huán)焊縫117mm。在殼體進(jìn)/出管口之間按間距200mm布置5塊上下缺邊的折流板，其中靠近進(jìn)口接管處的折流板距離管板背面550mm?？梢?，在殼體的進(jìn)/出管口可分別向上/下管板靠近的同時(shí)，管束尚可再增加一組上下缺邊的折流板，而將折流板間距減小為150mm。若按工程案例[2]，DN500管束殼體的進(jìn)/出管口最大接管直徑為DN150，則可在殼體的進(jìn)口處增加防沖板而保持換熱管的布管數(shù)量不變。

規(guī)避換熱管因振動(dòng)而發(fā)生碰撞磨損失效的另一措施是提高換熱管強(qiáng)度，增加耐磨性，改選換熱管為20鋼。原設(shè)計(jì)施工圖換熱管選用GB/T 8163—2008的10鋼管φ25×2.5，既沒有注明鋼管的制造方法，也沒有注明鋼管的交貨狀態(tài)，更未有注出管徑偏差和壁厚偏差等要求。這不符合GB 151標(biāo)準(zhǔn)要求，且也不利于制造質(zhì)量。為此，建議選用GB 9948普通級(jí)冷拔20鋼管，并正火狀態(tài)交貨，要求工藝性能作擴(kuò)口試驗(yàn)，并逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.6MPa。

折流板原設(shè)計(jì)選用厚度6mmQ235-B鋼板，雖符合GB151的最小厚度要求，但管孔直徑及允許偏差為φ25.4（0～0.30）對(duì)應(yīng)GB151-表35的I級(jí)管束中d≤32且l＞900的數(shù)據(jù)，實(shí)際上應(yīng)選定d＞32或l≤900對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)φ25.7（0～0.30）為合理。因?yàn)?，I級(jí)管束的折流板管孔直徑及允許偏差是根據(jù)GB 151表10中外徑偏差±0.20mm確定的，而GB/T 8163—2008中冷拔鋼管的外徑偏差較GB151要求偏大，所以即使選定φ25.7（0～0.30）也難以方便管束制造時(shí)穿管。

2 制造問題與改進(jìn)

從抽出的泄漏換熱管外表面劃痕和刻痕特征發(fā)現(xiàn)，其一換熱管耐磨性差，其二折流板管孔偏大。這可從換熱管的材質(zhì)單和制造工藝中看出問題。

由于設(shè)計(jì)施工圖換熱管選用GB/T 8163—2008的10鋼管φ25×2.5mm，既沒有注明鋼管的制造方法，也沒有注明鋼管的交貨狀態(tài)，更未有注出管徑偏差和壁厚偏差等要求。導(dǎo)致制造采購出現(xiàn)問題，這可從換熱管材質(zhì)單反映出：GB/T 8163—2008冷拔φ25×2.5mm-10鋼管，退火，化學(xué)成分見表2，力學(xué)性能及工藝性能見表3。

表2 換熱管化學(xué)成分 %

表3 換熱管力學(xué)性能和工藝性能

盡管換熱管的化學(xué)成分和力學(xué)性能符合GB/T 8163—2008標(biāo)準(zhǔn)要求，但退火狀態(tài)畢竟不如正火狀態(tài)合理，這可能是換熱管在管板管孔背面和折流板管孔處刻痕直至穿透管壁的原因之一。正如GB 150釋義[3]中說明“GB/T 8163—2008鋼管的外徑允許偏差和壁厚允許偏差較大，尤其是該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定有：‘供方（鋼管廠）可用渦流探傷、漏磁探傷或超聲探傷代替液壓試驗(yàn)’等條款，為了保障產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能，因此該標(biāo)準(zhǔn)鋼管不得用于換熱管”。而工藝性能的壓扁試驗(yàn)不如擴(kuò)口試驗(yàn)更為合理。為此，建議選用GB 9948普通級(jí)冷拔正火20鋼管，并在采購合同中注明“要求工藝性能作擴(kuò)口試驗(yàn)，逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.6MPa”。

GB/T 8163—2008規(guī)定鋼管的外徑允許偏差取±1%D或±0.30的較大值，則這批鋼管的外徑允許偏差為φ25±0.30，較GB 151-表10中高精度±0.20大0.10?？梢娛┕D中的折流板管孔直徑允許偏差φ25.4（0～0.30）對(duì)穿這批換熱管較為困難。所以，制造工藝只能參照GB 151-表35的I級(jí)管束中d＞32或l≤900對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，在換熱管外徑正偏差基礎(chǔ)上+0.50，則這批換熱管的折流板管孔直徑允許偏差為φ25.8（0～0.30）。如此可見，此時(shí)的折流板管孔最大直徑為26.1mm，而換熱管最小直徑則為24.7mm，兩者相差1.4mm。當(dāng)負(fù)偏差的換熱管穿到正偏差的折流板管孔時(shí)，若冷凝器運(yùn)行中發(fā)生振動(dòng)，換熱管就會(huì)在折流板管孔中反復(fù)碰撞磨損直至失效的幾率較大，這可能是近1/4換熱管泄漏失效的原因所在。所以，對(duì)于換熱管的外徑及偏差與折流板管孔直徑及偏差，設(shè)計(jì)要按GB 151標(biāo)準(zhǔn)確定，制造要按設(shè)計(jì)要求控制。

由于這臺(tái)冷凝器沒有劃分上類別，不受《容規(guī)》[4]監(jiān)察，雖按GB 150—1998制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收，但卻不要求制定質(zhì)量計(jì)劃。這臺(tái)冷凝器的制造工藝如管板及折流板等元件沒有按質(zhì)量計(jì)劃要求編制制造過程控制卡，只是按一般制造工藝編制，雖給出了工序及工序內(nèi)容與要求如管孔直徑及偏差等，但卻未有列出：操作者/日期、檢查結(jié)果及檢查員/日期、責(zé)任師/日期等項(xiàng)目欄，更未注出控制點(diǎn)。使得鉆孔工序的操作結(jié)果沒有見證，處于見證失控狀態(tài)。所以，類外容器也應(yīng)制定質(zhì)量計(jì)劃，編制元件制造過程控制卡，對(duì)于折流板管孔不僅要給出直徑及偏差要求，更應(yīng)列出需要見證的項(xiàng)目欄，并注出控制點(diǎn)，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證制造的可靠性。

3 結(jié)語

從上述討論影響冷凝器因振動(dòng)碰撞磨損引發(fā)換熱管泄漏失效的相關(guān)問題，得到冷凝器設(shè)計(jì)與制造的改進(jìn)建議。

1）設(shè)計(jì)應(yīng)合理選擇管束殼體的進(jìn)/出管口直徑，并盡量靠近上/下管板設(shè)置，進(jìn)口接管應(yīng)設(shè)置防沖板；管束布管應(yīng)考慮防沖板所占據(jù)的空間，管束兩端的折流板應(yīng)盡量靠近進(jìn)/出管口。應(yīng)探討在保持換熱管布管數(shù)量不變的前提下，選擇殼體的進(jìn)/出管口直徑為DN150并加設(shè)防沖板，而折流板間距為150mm設(shè)計(jì)方案的可能性。

2）換熱管外徑及偏差與折流板管孔直徑及偏差應(yīng)符合GB 151規(guī)定，并選用換熱管為GB 9948普通級(jí)冷拔正火狀態(tài)的20鋼管，采購合同注明技術(shù)要求：工藝性能作擴(kuò)口試驗(yàn)；逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.6MPa。

3）不論是劃類容器還是類外容器甚至常壓容器，制造都應(yīng)編制質(zhì)量計(jì)劃，尤其是換熱器的管板和折流板等元件，更應(yīng)編制制造過程控制卡，不僅給出工序內(nèi)容及要求如管孔直徑及偏差，而且尚應(yīng)列出操作者/日期、檢查結(jié)果及檢查員/日期等欄目，使得管孔直徑及偏差得到控制并見證。

[1] GB 151—1999 管殼式換熱器[S].

[2] 化學(xué)工業(yè)部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.鋼制列管式固定管板換熱器結(jié)構(gòu)手冊(cè)[M].1984.

[3] GB 150—2011壓力容器器及釋義[S].

[4] TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程及釋義[S].

Blowdown condenser leakage of problems and improvement

Yu Gang Gao Bo Guan Qinghe
(CNPC Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Factory Liaoyang 111003)

For a case of a vent condenser leakage failure, from the impact on the structural design of vibration wear and heat exchange tube material selection and procurement requirements, baffe tube hole diameter and the determination of deviation, the manufacture, this paper analyzed the factors of the quality plan, it offers some Suggestions as to how to avoid the leakage failure risk control measures.It Suggestions to improve the rationality of structure design and heat exchange tube bundle shell material and manufacturing quality plan to ensure the reliability of the condenser long-term safe operation.

Condenser Internal leakage Design Manufacturing Improvement

X933.4

B

1673-257X(2015)06-64-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.06.014

余剛（1981～），男，工程師，現(xiàn)從事壓力容器建造工作。

2014-09-08）