机械与设备丙烯冷凝器的改造刘晓娟上海焦化总厂上海200241摘要针对某厂200kt/a甲醇装置中丙烯冷凝器管端泄漏故障,从使用、制造、设计等方面分析了产生故障的原因,并介绍了相应的改造方案。关键词热交换设备管端泄漏管束振动焊接B中图分类号TQ051.6+107文章编号1006-7906(1999)03-0031-04文献标识码1引言在化工生产工艺流程中,热交换器是常用的设备之一。在热交换器的使用过程中,其换热管与管板连接处的管端泄漏常常给生产造成一定的影响,甚至被迫停车。导致管端泄漏的原因有多种,如制造工艺、制造质量、腐蚀因素及设计结构的合理性等。本文通过我厂甲醇装置中丙烯冷凝器管端泄漏故障的修复处理、设计改造过程,对此问题作一分析。2概况丙烯冷凝器是我厂200kt/a甲醇装置中的重要设备,共有两台。原设计工艺操作参数见表1,设备结构见图1。图1设备结构简图成大量的换热管堵塞,使冷凝效率大大下降,影响了正常生产。另外,丙烯作为一种易燃易爆的介质,由循环水带到循环水系统中,对安全生产构成极大的威胁。为此不得不停车处理。3设备修复处理情况在拆下设备两端管箱后,对管板做了清理和着色探伤。探伤显示,发生泄漏的部位均在管子与管板的焊缝处,少数泄漏处为针孔状,绝大多数泄漏处为微裂纹。对这台设备采取了如下修复处理方案:首先对泄漏处进行打磨,要求打磨尽量深一些,以不损坏管口为限;然后用氩弧焊进行修复补焊,修复处理后除作水压试验外,增加氨渗漏检验,按HGJ18-89标准附录A中B法执行。经过修复处理的设备在使用很短时间后,循环水系统又发现丙烯泄漏。由于生产需要,一直带故障监控运行。虽然热交换器在使用一段时间后发生管端泄漏是种常见的设备故障但在投产如此短表1丙烯冷凝器主要技术特性类别壳程管程设计压力/MPa最高工作压力/MPa设计温度/℃工作温度(进/出)/℃物料名称换热面积/m2容器类别2.161.8120102/45.5丙烯675二类0.40.356037.5/42冷却水该设备投入使用仅半年就发生了大面积的管端泄漏,泄漏率达25%以上。由于丙烯是一种渗透力极强的介质,且极易滋养微生物,致使循环水中的微生物在管板管程侧繁殖、聚集,甚至繁延至管内,造【作者简介】刘晓娟,女,1956年12月生,工程师。现从事化工设备设计工作。【收稿日期】1999-04-02·32·化学工业与工程技术1999年第20卷第3期4泄漏原因分析为能正确处理该冷凝器的管端泄漏问题,从使用、制造和设计三方面对设备的故障进行了分析。4.1使用经反复检查生产记录,发现设备使用过程中从无超温、超压等异常操作情况。同一工艺流程中的其它设备工作正常。4.2制造该设备换热管与管板的连接采用强度焊加贴胀,为成熟的常用加工工艺。由制造厂提供的质量保证书可见,该设备的焊接满足了合格的焊接工艺评定。设备水压试验达到设计要求;设备在制造过程中检验记录、手续、资料齐全。因此在理论上不存在由制造质量问题而引起的大面积管端泄漏因素。4.3设计首先从结构上看,管口与管板连接形式为胀、焊并用,符合适用于密封要求较高、承受振动或疲劳载荷及有间隙腐蚀的场合。最大无支撑跨距也符合设计规范要求。因此认为该设备管口与管板连接处泄漏无一般结构设计方面的原因。在设计计算方面可能引起管子与管板连接处泄右弓形缺口布置。气体通过管板与第一块折流板组成的进口跨管间时,换热管相对气体流向为正三角形排列。气体通过折流板跨管间时,换热管相对气体流向为转三角形排列(见图2)。此两跨间气体的流速、阻力有很大变化。另外气体通过每跨间的折流板缺口时,气流方向、速、阻力也将发生变化。发生在近管板区域的气体流动参数的变化,极易形成紊流甚至产生气体旋涡,并诱发换热管振动。当这种外力引起的振动频率接近换热管的自振频率时,可能发生共振,导致换热管与管板连接失效而引起泄漏。从本设备几次损坏情况看,气体进口端泄漏管子数量远多于气体出口端,估计不能排除进口端气相介质流量大,流速快,流体弹性不稳定引起管子振幅较大的因素。一般情况下,设计规范并未要求逐台进行换热器管束振动校核,因此该设备计算书中无此方面的计算。为此,根据GB151-89附录F,对管束进行了流体诱导振动校核。计算图2管间流体流向表2丙烯冷凝器改造前后管束振动校核对比类别及...