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1、检验与修复加氢装置双壳程 U形管式换热器的技术改造T ech n ica l I m p ro vem en t o f U 2T u b e E x ch an ge r s w ith Tw o Sh e ll S ide s齐鲁石化胜利炼油设计院 王春江初宜军T h is p ap e r an a ly se s th e leak age o f th e sea l b e lt s in th e m idd le p a ss p a r t it io n , co r ro 2sive c rack in g o f lin ed p la te o f th e ch a
2、n n e l, t igh tn e ss o f th e tu b e sh ee t an d th e f lan ge s an d p u t s fo rw a rd th e p lan o f th e tech n ica l im p ro vem en t. E x ce llen t re su lt s h ave o b ta in ed af te r th e ex ecu t io n o f th e p lan. 关键词:双壳程 U形管式换热器密封带管箱衬板垫片改造钢齿形垫片, 密封困难, 多次泄漏, 被迫停工。 为此, 1992 年 4 月胜利炼油厂
3、委托我院对 该 5 台换热器进行设计改进。1前言胜利炼油厂加氢装置中, 共有 5 台双壳程U 形管式换热器 ( 其中 3 台型号为 YR H 100022问题分析和改造措施3002998422;2 台 型 号 为 YR H 700214521009022) , 是加氢装置的重要设备。该 5 台换热器211双壳程中间隔板处密封带泄漏 目前, 双壳程U 形管式换热器在国内应用 较少, 它属于纯逆流换热, 主要特点是换热效 率高 (是单壳程的两倍左右) , 一般用在操作条件比较苛刻的场合 (即指操作压力大、温度高、 介质腐蚀性强)。 但若双壳程中间隔板处密封带 密封不严, 会发生介质短路, 从而大大
4、降低换 热效率。 经过分析, 认为中间隔板处密封带泄 漏的主要原因如下: (1) 密封带的选材不合理、 安装质量差原 设 计 的 密 封 带 为 扁 钢 40 012 的1C r18N i9T i 不锈钢带, 这是一种耐腐蚀的不锈 钢, 但弹性差。密封带 不仅应具有好的防腐蚀 性能, 更重要的是还应具有良好的回弹性。 原 密封带现场安装时, 就发现局部已出现皱褶, 检操作压力大(810M P a) ,温度高 (427) , 操作介质为易燃易爆的加氢反应物 (氢气、 硫化 氢、 烃类和油) , 由某设计院于 1976 年设计,1989 年施工安装, 投用后就发现以下问题:(1) 双壳程密封带处泄
5、漏严重, 换热效率 只达到原设计的 40% 左右, 使反应产物冷却不 下来。 为满足生产要求, 只得多串入一台换热 器, 但 3 台换热器还起不到原设计 2 台的作用。(2) 钢衬板,管箱筒体内侧原为 4mm 厚的 0C r13 使用中发现管箱上的内衬板打压孔有 介质泄漏, 现场作了紧急处理。 检修时打开管 箱检查, 发现内衬板焊缝多处开裂, 且腐蚀严 重。(3) 管板与法兰之间原用 5mm 厚的 0C r1370压力容器( 1 ) 密 封 带 选 用 弹 性 好 的 HA YN E S 25修时发现密封带上凹凸不平处更多,泄漏, 影响换热效果。容易产生(海纳 25) 合金钢A L L O Y
6、 (2) 密封带分块制作,有泄漏区其化学成分见表 1, 这是一种弹性和耐腐蚀性优良的合金钢。 胜利炼油厂重油加氢装置原密封带按折流板间距分块制作, 密封带与折流板间存在间隙 (见图 1,这样使 图中尺SSO T 单元中的几台双壳程 U形管式换热器寸为原设计的, = 115 3mm ) , 形成的泄漏区的密封带即用此钢带制作, 多年使用证明: 密 封效果很好, 换热效率达到设计要求, 满足生 产的需要。多,介质走短路量大, 影响换热效果。表 1 化学成分 (% )(2) 密封带整条制作、 多层结构密封带作成整条后, 消除了其与中间隔板、 折流板、 壳体所形成的泄漏区。 从而防止该处 产 生 泄
7、漏。 密 封 带 选 用 多 层 结 构, 每 层 厚011mm , 层数多, 能起多道密封作用, 密封效 果好。 但过多会造成材料的浪费, 同时也会增 加压条的厚度和连接螺栓的直径。 经计算并参考胜利炼油厂重油加氢装置 SSO T 单 元 中 在 用的双壳程U 形管式换热器的密封带层数 (10层) , 本次改造选用 5 层。(3) 密封带的压条在其折起处加工成圆弧 形 如图 3 所示, 把压条的尖角加工成圆弧形(R = 6mm ) , 这样, 使密封带在该处的受力情况 得到改善, 应力变化缓慢、 连续, 从而不易产 生应力集中和塑性变形, 回弹性好, 既提高了 密封带的使用寿命, 又保证了密
8、封带具有良好 的回弹性能。图 1 原密封带分块制作,(3) 密封带层数少 原设备仅用一层密封带形成泄漏区( 扁钢 40012) ,显然密封性能差, 只要密封带有一点塑变, 就 直接影响密封效果。(4) 密封带的压条在其折起处无圆弧过渡 如图 2 所示, 由于密封带的压条在密封带 折起处无圆弧过渡, 使密封带在该处产生应力集中和塑性变形, 回弹力大大减小, 密封性能 下降, 极易造成该处泄漏短路, 从而影响换热 效果。图 3 改造后密封带的压条在其折起处加工成圆弧形(4) 正确安装密封带a 1 首先必须确定壳程介质进、出口的方向图 2 原密封带的压条在其折起处无圆弧过渡为防止密封带处泄漏, 提高
9、换热效率, 经 对比分析, 采取以下改造措施:71CoC rWN iCF eM n502515100112115加氢装置双壳程 U 形管式换热器的技术改造( 见图 4)。 因为 p 1 到 p 2 间会有一个微小的压降堆焊层表面, 没有产生腐蚀和开裂现象, 质量仍然很好。通过分析, 认为衬板焊缝开裂和腐蚀是由 以下几个原因中的一个或几个原因同时作用的 结果:(1) 衬板施工质量差, 焊缝缺陷多, 并残 存焊接内应力, 虽经热处理后可消除一部分焊 接内应力, 但仍会存有残余焊接内应力, 且焊 缝缺陷是不可能通过热处理消除的。(2) 介质中含有大量的氢气 ( p 2 ) ,如果是单向密封带 (如
10、我厂现用的) , 密封带必须安装在进口处 p 1 侧( 见图 5) , 否则, 由于 p 的存在, 密封带将不起作用。如果是双向密封带 (如图 6) , 考虑壳程介质的进、 出口方向。可不必图 4 壳程介质流向示意图 5 单向密封结构图 6 双向密封结构b 1 当装入U形管束时 (为方便安装, 密封带前端往往做成一个 1545 的倒角) , 用人工 稍稍扳起密封带进入壳体, 后面的部分便会自 动分开, 但为了防止损伤密封带, 装进的速度要慢一些, 同时壳体内表面密封处的全长应保 证光滑。212管箱内衬板焊缝开裂和腐蚀 原 管 箱 的 封 头 内 表 面、 法 兰 密 封 面 均 有4mm 厚的
11、奥 307 堆焊层, 但在管箱的筒体段和 法兰内侧衬有 4mm 厚的 0C r13 钢板。 在生产 过程中, 发现有介质从管箱内衬板打压孔处喷出; 检修时, 打开管箱查看, 发现内衬板焊缝 开裂多处, 最长裂缝达 100mm 左右, 且腐蚀严 重, 衬板已根本不起防腐蚀作用。 而管箱内的T P 309L ,以减少机体金属对堆焊层的稀释; 第2 层堆焊 3mm 厚的 T P 347, T P 347 是碳稳定化 钢, 能防止硫化氢、 连多硫酸等介质引起的应 力腐蚀开裂, 又可防止机体金属的腐蚀。另外, 为防止管箱法兰密封面和管箱隔板密封面在管 箱筒体堆焊后变形而影响密封, 在法兰密封面 上再堆焊
12、 3mm 厚的 T P 347, 并在整体消除应 力热处理后, 按要求加工此密封面。213管板与法兰之间的密封72压力容器表 2管板与法兰之间原来采用齿形垫片密封, 该垫片为厚 5mm , 宽 30mm 的 0C r13 钢板, 经 退火处理后硬度值HB 130, (见图 7)。存在的 问题是: 齿形垫片安装时发现不易把紧, 出现微量泄漏, 需要很大的螺栓预紧力, 才能使管 板与法兰之间气密合格, 而且齿形垫片还存在 着重复利用性差、 加工形状复杂、 精度要求高( 粗糙度 R a = 116m ) , 制作困难等问题。 为此,应选用螺栓预紧力小、 制作简单且密封性能好金属包石棉垫片在国外已能在
13、介质的压力为20 M P a、 温度为 450的条件下使用, 我厂重油 加氢装置 SSO T 单元中引进的双壳程 U 形管 式换热器已经使用此种垫片。 但国内由于受制 造 精度 ( 现仍为手工制作) 和垫片材料性能( 国内石棉用在大于 400时, 便因急剧脱水而 失弹失效) 等因素的限制, 只能用在介质压力 为 614 M P a、 温度为 400以下的密封结构中。 因此, 国内制造的金属包石棉垫片满足不了我 们的工艺条件。(2) 选用钢圈 (椭圆垫或八角垫)的垫片来取代齿形垫片。 经对比分析, 几种垫片可供选择:有以下( p 钢圈 密 封 结 构 多 用 在 介 质 压 力 大10 M P
14、a)、温度高 (钢圈金属使用的极限温度以 下均可) 的场合, 因它属于线密封, 所需螺栓 预紧力 (与齿形垫相比) 小, 密封性能安全可靠。 钢圈在我厂高压设备的密封结构中多处使 用, 效果很好。 但本次改造中, 由于原有的管 板和法兰均不更换, 经计算开密封槽后, 管板 和法兰的强度和刚度都不够, 所以, 也不能选 用钢圈 。但在设备整体更新时, 管板和法兰之 间的密封可优先选用钢圈密封结构。图 7 管板与法兰之间密封结构图(1)选用金属包石棉垫片图 8柔性石墨金属缠绕垫是垫片家族中的新成 员, 自 80 年代初在国内试制(下转第 30 页)(3)选用柔性石墨金属缠绕垫片73用途牌号化学成分
15、%CS iM nPSN iC rN b 过渡层 复层T P 309LT P 34725% , 回弹率 30% )。 使用压力高 ( 可达35 M P a) , 温度范围广 (- 200 780)。 对 法兰密封面的要求简单且制造容易, 一般精度侧法兰所用柔性石墨金属缠绕垫简图。3结语以上对我厂加氢装置双壳程 U 型管式换 热器生产使用过程中存在的实际问题, 进行了粗糙度要求 R a = 1215 613m。所需即可,理论分析,参考了当今国内、外双壳程 U型管 螺栓预紧力小 (其最小密封比压 y = 40 M P a )。 不粘法兰密封面, 检修清扫方便。可见, 采用柔性石墨金属缠绕垫来代替齿 形垫片是可行的。 图 8 为本次改造设计的管箱式换热器的合理结构和最佳选材, 对原设备的壳程密封带、 管箱内衬板和设备垫片进行了设 计、 改进。 经改造投用后, 换热器的换热效率 达到原设计要求, 满足了生产的需要。30
