輕烴換熱器殼體開(kāi)裂原因分析

王劍宇 譚正威

關(guān)鍵詞：換熱器;殼體;開(kāi)裂

1 引言

兩臺(tái)結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同的浮頭式換熱器，名稱為輕烴換熱器A和輕烴換熱器B，型號(hào)為BJS1800-2.5-930-6/25-4，壁厚20mm，封頭壁厚22mm、管箱壁厚46mm，殼程設(shè)計(jì)壓力為2.45MPa，設(shè)計(jì)溫度為200℃，工作壓力為1.84MPa，工作溫度為42℃，管程介質(zhì)為循環(huán)水，殼程介質(zhì)為丙烯。制造單位為某建材制作安裝有限公司，2004年5月隨新裝置投用。

輕烴換熱器A因管束內(nèi)漏裝置檢修，同時(shí)計(jì)劃對(duì)輕烴換熱器B殼程進(jìn)行打壓試漏，試壓壓力為2.3MPa，當(dāng)水壓升壓至1.3MPa，殼體突然開(kāi)裂，停止打壓。

由于兩臺(tái)換熱器的設(shè)備法蘭均由同一廠家供貨，因此對(duì)所有大法蘭均同時(shí)進(jìn)行各種檢測(cè)，以便分析該法蘭的開(kāi)裂原因。

2 開(kāi)裂的宏觀表現(xiàn)

檢查發(fā)現(xiàn)該換熱器殼體靠近管箱側(cè)筒體法蘭（鍛件）直管段熱影響區(qū)（距焊縫3cm）部位從下至上沿整周長(zhǎng)規(guī)則連續(xù)開(kāi)裂，裂縫總長(zhǎng)4044mm（殼體外周長(zhǎng)為5777mm），

3 具體檢查情況及初步分析

3.1 工藝操作原因分析

3月10日氣分裝置按計(jì)劃進(jìn)行停工處置，停工前該冷卻器壓力、溫度、流量等各項(xiàng)參數(shù)平穩(wěn)，無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象，停工過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程進(jìn)行降溫降壓，從操作降壓曲線可看出，壓力下降平緩，由上午10時(shí)壓力1.64MPa至下午16時(shí)壓力降至1.22MPa，未對(duì)設(shè)備造成較大沖擊。

3.2 檢修質(zhì)量原因分析

輕烴換熱器B正常生產(chǎn)時(shí)殼程操作壓力為1.8MPa，本次檢修擬試壓2.3MPa并保壓30min。3月12日對(duì)該冷卻器殼程上水試壓，當(dāng)壓力緩慢升至1.3MPa時(shí)，冷卻器殼體管箱側(cè)法蘭直筒段突然開(kāi)裂，并延周向規(guī)則連續(xù)擴(kuò)展至3/4圓周。裂紋位于焊縫熱影響區(qū)距焊縫2 cm，該法蘭為鍛件，打壓過(guò)程中未出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，因試壓超壓造成殼體法蘭開(kāi)裂的原因可排除。

3.3 介質(zhì)腐蝕原因分析

塔頂氣相精丙烯經(jīng)塔頂空冷器冷卻后，進(jìn)入輕烴換熱器A/B殼程與管程循環(huán)水進(jìn)行冷凝冷卻換熱，然后進(jìn)入塔頂回流罐，塔頂回流罐液相精丙烯經(jīng)泵輸送，一部分返回塔頂冷卻，一部分出裝置外送。輕烴換熱器B殼程介質(zhì)為精丙烯，丙烯純度達(dá)99.7%，其中硫含量極低，化驗(yàn)結(jié)果僅為1mg/kg（指標(biāo)為小于5mg/kg），含水為80mL/m3（指標(biāo)為小于500mL/m3），且從抽出管束檢查筒體內(nèi)部的情況上看，內(nèi)部雜質(zhì)較少，殼體內(nèi)部無(wú)明顯腐蝕痕跡，殼體法蘭因腐蝕開(kāi)裂的原因可排除。

3.4 設(shè)備制造原因分析

換熱器解體后，從殼體內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，開(kāi)裂裂紋沿圓周上方有明顯人工補(bǔ)焊痕跡，此法蘭為整體鍛造，不應(yīng)有焊接跡象，可斷定該鍛件出廠前存在嚴(yán)重缺陷，廠家通過(guò)焊接的方式進(jìn)行了修補(bǔ)，產(chǎn)品制造的質(zhì)量問(wèn)題是該冷卻器筒體法蘭開(kāi)裂的主要原因。

為進(jìn)一步了解法蘭的材料采購(gòu)、鍛造、熱處理及質(zhì)量控制方面的情況， 影響法蘭原始缺陷的原因還包括以下幾點(diǎn)：①法蘭鍛造工藝不合適，法蘭毛坯廠業(yè)務(wù)量增大時(shí)，計(jì)算機(jī)操控的環(huán)鍛機(jī)生產(chǎn)較忙，法蘭毛坯成形過(guò)程采取了落后的外圓分步點(diǎn)壓階梯成形方法，過(guò)程繁瑣、效率低、質(zhì)量難以保證;②法蘭鍛造過(guò)程控制不好，鍛造時(shí)缺乏常規(guī)的溫度控制手段，僅憑鍛造工肉眼觀測(cè)和經(jīng)驗(yàn)判斷，局部溫度低于820℃后，操作人員未按規(guī)定回爐加熱，仍繼續(xù)鍛造加工，導(dǎo)致法蘭母材部分損傷;③法蘭鍛坯正火熱處理后，缺乏常規(guī)的硬度檢測(cè)手段，無(wú)法發(fā)現(xiàn)法蘭硬度明顯偏高且不均勻的問(wèn)題;④法蘭出廠前只對(duì)法蘭密封面及焊接坡口進(jìn)行探傷檢查，未能發(fā)現(xiàn)其他部位可能已存在的缺陷。

4 最終原因確定

綜上所述，引起此次輕烴換熱器B故障的原因如下：

4.1 直接原因

輕烴換熱器B在檢修殼程試壓過(guò)程中，壓力逐漸升高至1.3MPa時(shí)，筒體受壓后突然開(kāi)裂。

4.2 間接原因

輕烴換熱器B筒體兩側(cè)法蘭（鍛件）制造出廠時(shí)存在嚴(yán)重的缺陷，制造廠對(duì)存在缺陷的位置進(jìn)行了焊接處理，但設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行后，發(fā)生了疲勞規(guī)則性開(kāi)裂。

4.3 管理原因

①使用單位對(duì)設(shè)備駐場(chǎng)監(jiān)造工作的要求和執(zhí)行不到位，導(dǎo)致存在嚴(yán)重缺陷的設(shè)備以次充好，使用多年直至損壞;②使用單位在該臺(tái)設(shè)備使用的16年期間，有倆次更換管束的經(jīng)歷，但未能及時(shí)檢查出設(shè)備本體內(nèi)部存在的缺陷;③大檢修期間全面檢驗(yàn)檢測(cè)工作落實(shí)不到位，未能全面的、有效的檢測(cè)出設(shè)備存在的重大缺陷。

4.4 整改措施

更換輕烴換熱器A/B筒體和外頭蓋、加強(qiáng)設(shè)備出廠質(zhì)量驗(yàn)收。

5 總結(jié)與啟示

①嚴(yán)格控制法蘭在制作加工過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，包括冶煉、鍛造及熱處理，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督檢查;②對(duì)法蘭可能出現(xiàn)應(yīng)力集中部位的加工要特別注意，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行;③換熱器檢修抽出管束后，對(duì)筒體進(jìn)行全面檢查，同時(shí)加強(qiáng)大檢修檢驗(yàn)檢測(cè)工作。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李慧峰.冷鐓鋼產(chǎn)品頂鍛開(kāi)裂的機(jī)理分析及應(yīng)用[J].鍛壓技術(shù)，2006，31（2）：124.

作者簡(jiǎn)介：

王劍宇（1985- ），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事煉油設(shè)備的管理工作，現(xiàn)為大慶煉化公司煉油一廠氣體分餾車間設(shè)備工程師。

譚正威（1988- ），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事煉油設(shè)備的管理工作，現(xiàn)為大慶煉化公司煉油一廠氣體分餾車間設(shè)備主任。