甲烷化換熱器的修復技術

李和平
(安徽淮化集團化工機械廠,安徽淮南232038)

    摘要：介紹了甲烷化換熱器的修復技術,對設備原管口的定位、膨脹節(jié)的組對、隔板的安裝、焊接等修復難點做了詳細的介紹。

    關鍵詞：換熱器;膨脹節(jié);修復技術;焊接

    中圖分類號：TQ113.25+1    文獻標識碼：A    文章編號：1008-553X(2006)03-0059-02

    1·前言

    甲烷化換熱器是合成氨生產(chǎn)中的重要設備之一,它能將27℃的混合氣升溫至274℃,339℃的精制氣降溫至90℃,殼程和管程壓力均是3.20MPa,屬高溫高壓設備。我廠該設備2002年發(fā)生過爆炸,2004年又發(fā)生爆炸,且將Ⅰ型換熱器的膨脹節(jié)炸爛,折流板及換熱管嚴重變形;Ⅱ型換熱器膨脹節(jié)產(chǎn)生裂紋,設備管線扭曲、變形。通過對此次爆炸的原因分析,我們得出結論:①前次爆炸雖然已修復,但設備已產(chǎn)生了暗裂紋;②該設備經(jīng)常開、停車檢修及長時間運行時的冷、熱膨脹,造成膨脹節(jié)疲勞而產(chǎn)生應力裂紋。結合我廠實際情況,通過制定先進、合理、可行的修復工藝,順利完成了Ⅰ、Ⅱ型換熱器的修復。

    2·甲烷化換熱器簡介

    甲烷化換熱器是一種固定管板式換熱器,由Ⅰ型換熱器和Ⅱ型換熱器兩部分組成,其主要材質為:Ⅰ型16M nR,Ⅱ型15CrM oR,主要由殼體(Φ1240×20)、膨脹節(jié)(雙波)、管板(δ=110)、換熱管(Φ25×2.5)、折流板、襯筒及橢圓封頭等幾部分組成,結構見圖1,主要技術特性見表1、表2。

                 

                

    3·主要部件修復技術

    3.1管口方位

    由于爆炸產(chǎn)生的沖擊波,使設備的管線嚴重扭曲、變形。為保證設備上的管口方位與以前一致,我們采取用模塊定位的方法:先將模塊制做好,再與筒體和法蘭點焊固定(保證垂直度和平行度)后,然后將設備解體,割除損壞部件(換新)。組對筒體時,按模塊位置將法蘭與模塊用螺栓連接,找正后再施焊,確保了修復后的甲烷化換熱器與現(xiàn)場舊管口一致,為系統(tǒng)的正常開車節(jié)約了寶貴的時間。

    3.2膨脹節(jié)的組對

    該設備(Ⅰ型、Ⅱ型)膨脹節(jié)材料均為0Cr18Ni9,壁厚為δ1=15mm、δ2=16mm。由于膨脹節(jié)壁厚,又為雙波形式,制作技術相當困難,國內(nèi)僅有泰安一廠家能生產(chǎn)。經(jīng)校核尺寸發(fā)現(xiàn),兩件膨脹節(jié)的內(nèi)波處尺寸小于圖紙尺寸(小12mm),為保證上部兩隔板及襯筒的順利安裝,我們采用搭橋的方法,順利解決了此難題。

    (1)因為膨脹節(jié)內(nèi)波尺寸小,我們預先制作了襯筒(Φ1184×6)和上圈及下圈(Φ1196×6)。制作的工藝路線為:領料→下料→刨邊→捲圓→校圓→焊制。

    (2)膨脹節(jié)上大立車找正,車上、下端面及焊接坡口(30°)。檢驗合格后,清洗油污。

    (3)安裝長拉桿(8件)、短拉桿(2件),安裝定距管先裝入上部兩塊折流板。

    (4)Ⅰ型換熱器:上圈與上部筒體和膨脹節(jié)組焊(壓環(huán)縫)(如圖2所示)→下圈與膨脹節(jié)組焊(壓環(huán)縫)→校圓后的襯筒裝入并與下圈焊牢→下筒體與膨脹節(jié)組焊→下圈與下筒體焊牢(混合氣由下向上)。

    (5)Ⅱ型換熱器:上圈與上筒體組焊(壓環(huán)縫)(如圖2所示)→下圈與膨脹節(jié)組焊(壓環(huán)縫)→膨脹節(jié)與上筒體組焊→上圈與膨脹節(jié)焊牢→校圓的襯筒裝入并與上圈焊接→下筒體與膨脹節(jié)組焊→下圈與下筒體焊牢(精制氣由上向下)。

    (6)組對下部其余筒體前,質檢部門對膨脹節(jié)處兩道主環(huán)縫進行100%RT檢測,符合JB4730-94規(guī)定,Ⅱ級合格后再進行下道工序施工。

                

    3.3筒體組對

    因為是設備修復,下部筒體最后一道環(huán)縫的質量難以保證。為了解決此問題,我們采用加內(nèi)襯方法,如圖3。先領料→刨邊→捲、校圓→焊接。焊接時先將內(nèi)襯與筒體B組焊,再與筒體A組對,留5mm間隙,用手工氬弧焊打底填實后,再手工電弧焊填充蓋面,經(jīng)100%RT檢驗合格,順利解決了此道縫拍片不合格的問題。

    3.4穿管及脹接    

                 

    我們對換熱管全部更新,Ⅰ型折流板重新制作,Ⅱ型利舊。將折流板、定距管安裝后,組對管板并穿換熱管。換熱管安裝工藝:領料→截長短→清毛刺→安裝→點焊→打磨平齊。最后按常規(guī)工藝用脹管機對管口進行強度脹后焊牢。經(jīng)過對管束試壓,管口無泄漏點,全部合格。

    3.5焊接及熱處理(Ⅱ型換熱器)

    (1)焊接方法

    筒體與膨脹節(jié)環(huán)縫采用TIG(手工鎢極氬弧焊)打底,焊條電弧焊填充蓋面。換熱管與管板采用焊條電弧焊。

    (2)焊接材料

    ①筒體與膨脹節(jié)(15CrMoR與0Cr18Ni9)焊絲H1Cr24Ni13,Φ2.5mm,焊條A407,Φ4.0mm。

    ②換熱管與管板(15CrMo之間)焊條R307,Φ3.2mm。

    (3)工藝措施

    ①焊前對焊件進行預熱,包括點固焊的預熱。預熱溫度150～200℃。

    ②焊接過程應避免中斷,盡可能一次完成,否則應重新加熱到預熱溫度再施焊。

    ③焊后熱處理。

    按照升溫速率升溫,溫度控制在580～620℃,保溫1小時后,再按降溫速率降溫直至溫度接近常溫為止。預熱及焊后熱處理均采用帶有溫控儀的履帶式電極加熱帶,并有專人操作,記錄,檢驗。

    4·結語

    我廠修復的甲烷化換熱器現(xiàn)場吊裝、連接一次成功,制作工藝指標及焊接工藝評定全部合格。設備使用至今安全、可靠,證明我們的修復技術是科學、合理、可行的。