氨合成塔出口廢熱鍋爐焊唇密封結(jié)構(gòu)泄漏與修復(fù)探討

職統(tǒng)寶 (長(zhǎng)江大學(xué)研究生院,湖北 荊州 434023)中石油塔里木油田分公司塔西南公司化肥廠,新疆 澤普 844804

氨合成塔出口廢熱鍋爐焊唇密封結(jié)構(gòu)泄漏與修復(fù)探討

職統(tǒng)寶 (長(zhǎng)江大學(xué)研究生院,湖北 荊州 434023)中石油塔里木油田分公司塔西南公司化肥廠,新疆 澤普 844804

焊唇密封結(jié)構(gòu)是氨合成塔出口廢熱鍋爐上的重要部件。論述了焊唇密封結(jié)構(gòu)并分析其泄漏原因(包括螺栓預(yù)緊力發(fā)生變化后達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、頻繁開(kāi)停車導(dǎo)致墊亢在應(yīng)力的反復(fù)作用下開(kāi)裂泄漏、焊縫存在缺陷等),詳細(xì)闡述了焊唇密封結(jié)構(gòu)的修復(fù)方案(對(duì)封頭和管極的密封面打磨后進(jìn)行堆焊修復(fù)、使用角磨機(jī)對(duì)密封面進(jìn)行粗磨修平并用丙酮清洗、使用自制的研磨工具對(duì)堆焊部位再次修平)及實(shí)施過(guò)程。檢修后焊唇密封結(jié)構(gòu)沒(méi)有出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,表明制定的解決方案是可行的,能夠?yàn)榛て髽I(yè)處理類似問(wèn)題提供參考。

氨合成塔;廢熱鍋爐;焊唇密封結(jié)構(gòu)

塔西南化肥廠氨合成塔出口廢熱鍋爐(123-C)是由日本德機(jī)公司生產(chǎn)的U型管換熱器,殼側(cè)為高溫高壓的合成氣(氫氣、氮?dú)狻睔狻⒓淄闅夂蜌鍤?,設(shè)計(jì)壓力15.7MPa,溫度482℃。管程為精致水和蒸汽,設(shè)計(jì)壓力14.135MPa,溫度345℃。由于殼程介質(zhì)為高溫高壓的氫、氮?dú)?為減少和降低泄漏風(fēng)險(xiǎn),在筒體與封頭連接處采用焊唇密封。自2002年開(kāi)工運(yùn)行以來(lái),氨合成塔出口廢熱鍋爐焊唇密封結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱焊唇密封結(jié)構(gòu))運(yùn)行良好,2012年6月氨合成塔升溫操作時(shí)該密封突然泄漏著火,裝置被迫提前停工檢修。下面,筆者對(duì)焊唇密封結(jié)構(gòu)泄漏原因分析與修復(fù)處理問(wèn)題進(jìn)行了探討。

1 焊唇密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

焊唇密封是在2個(gè)法蘭面之間,不加軟墊片,采用特定形式的金屬環(huán)和上下法蘭面通過(guò)焊接進(jìn)行密封的一種密封形式。由于焊唇密封采用焊縫徹底切斷了泄漏通道,和其他密封形式相比,焊唇密封具有使用周期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)可靠、密封嚴(yán)密性高、不易泄漏等特點(diǎn)。圖1所示為焊唇密封結(jié)構(gòu)圖,包括3個(gè)焊接密封點(diǎn),其中W1為金屬密封環(huán)1與筒體焊點(diǎn),W2為金屬密封環(huán)2與封頭焊點(diǎn),W3為上下2片密封金屬環(huán)之間的焊點(diǎn)。該焊唇密封結(jié)構(gòu)的上、下密封面表面粗糙度為Ra1.6,該接觸面雖然不起密封作用,但有節(jié)流減壓的效果,在一定程度上緩解了高溫高壓氣體對(duì)唇部焊縫的直接沖擊,延長(zhǎng)了焊縫的使用壽命。墊片材質(zhì)為INCOL600,具有較強(qiáng)的抗腐蝕性,墊片中間增加0.5mm的柔性石墨,具有一定的補(bǔ)償作用,在負(fù)荷變化較劇烈的工況下起到保護(hù)唇形焊口的作用[1]。此外,焊唇密封結(jié)構(gòu)抗疲勞能力強(qiáng),多用于操作中溫度、壓力劇烈波動(dòng)的設(shè)備,如氨合成塔大蓋等存在明顯溫差應(yīng)力和交變應(yīng)力的部位。

圖1 焊唇密封結(jié)構(gòu)圖

2 焊唇密封結(jié)構(gòu)泄漏原因分析

2012年6月氨合成塔升溫操作時(shí)焊唇密封結(jié)構(gòu)突然泄漏著火,裝置被迫提前停工檢修。對(duì)泄漏部位進(jìn)行滲透檢查,總結(jié)原因如以下幾個(gè)方面[2]:

1)螺栓使用時(shí)間長(zhǎng),通過(guò)多次升降溫變化,螺栓預(yù)緊力發(fā)生變化,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。而墊片唇部厚度僅為5mm,正常情況下不承受軸向力,而當(dāng)螺栓處于松弛狀態(tài)時(shí),使墊片在使用狀態(tài)下受力,處于拉伸狀態(tài)最終導(dǎo)致墊片開(kāi)裂泄漏。

2)開(kāi)停車時(shí)升降溫、升降壓速度過(guò)快,頻繁的開(kāi)停車,在法蘭、螺栓、殼體間的溫差應(yīng)力作用下,使墊片受到應(yīng)力的反復(fù)作用,最終在薄弱處開(kāi)裂泄漏。

3)焊縫存在缺陷,在介質(zhì)的長(zhǎng)期腐蝕下開(kāi)裂。

4)焊接過(guò)程中存在的氣孔、經(jīng)介質(zhì)長(zhǎng)期浸蝕穿孔。

5)金屬密封環(huán)中的微裂紋,在介質(zhì)壓力作用下,隨時(shí)間的延長(zhǎng),裂紋擴(kuò)展開(kāi)裂。

3 焊唇密封結(jié)構(gòu)的修復(fù)

焊唇密封結(jié)構(gòu)具體修復(fù)過(guò)程如下。

1)對(duì)封頭和管板的密封面進(jìn)行打磨,然后對(duì)已損壞的密封面堆焊修復(fù)。堆焊采用手工氬弧焊焊接方式,焊絲為ERNICr-3(?2.0mm),焊接工藝參數(shù)如表1所示。在焊接過(guò)程中應(yīng)注意以下具體事項(xiàng):焊接最好采用氬弧焊,為防止根部焊道氧化,其背面應(yīng)采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù);做好焊接區(qū)域的防護(hù),保持工作環(huán)境干燥,注意擋風(fēng),以免空氣侵入熔池后在焊縫中形成氣孔;為防止焊接過(guò)程中產(chǎn)生裂紋,根據(jù)母材化學(xué)性能進(jìn)行充分預(yù)熱,控制好層間溫度不大于100℃,焊接材料應(yīng)嚴(yán)格烘干,并控制好焊接電流、電壓和焊接速度,由此減小焊接殘余應(yīng)力;焊接后進(jìn)行滲透檢查,焊縫應(yīng)無(wú)表面裂紋、氣孔、熔合不良等缺陷,合格后再堆焊一層。堆焊過(guò)程中要求焊槍嘴與密封面在焊點(diǎn)處始終保持垂直,焊道中心始終位于最低點(diǎn),保證熔滴不流淌。

表1 焊接工藝參數(shù)表

2)堆焊修復(fù)后的密封面使用角磨機(jī)進(jìn)行粗磨修平,然后用丙酮清洗,確保焊補(bǔ)處無(wú)油污、臟物、銹渣等。

3)使用自制的研磨工具對(duì)堆焊部位進(jìn)行再次修平,保證密封表面粗糙度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。自制研磨工具采用40mm厚鋼板,外圓直徑993mm,內(nèi)圓直徑為943mm。圓環(huán)制做完畢后截取60°圓弧段,制作手柄2只,由此完成研磨工具的制作(見(jiàn)圖2)。

此外,焊唇密封結(jié)構(gòu)修復(fù)后的組裝也十分重要,其具體程序如下:將筒體和封頭密封面清理干凈后,將金屬密封環(huán)放置好并點(diǎn)焊到法蘭面上,用壓板將金屬環(huán)壓緊以防止焊接變形,再根據(jù)焊接工藝要求,完成焊縫W1和W2的焊接,焊后進(jìn)行探傷檢查;封頭與筒體連接,法蘭每隔2孔裝1個(gè)螺栓,對(duì)稱均勻把緊,同時(shí)檢查兩焊接元件的外緣焊口是否對(duì)正,間隙是否大小一致,然后用溶劑清洗處理W3的焊接部位;采用氬弧焊分2次完成焊縫W3的全部焊接工作,對(duì)焊縫經(jīng)滲透檢驗(yàn)合格后,按螺栓預(yù)緊要求,對(duì)稱均勻地把緊螺栓。

圖2 自制密封面研磨工具示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)氨合成塔出口廢熱鍋爐上焊唇密封結(jié)構(gòu)的具體組成,具體分析了該結(jié)構(gòu)泄漏的原因并實(shí)施相應(yīng)解決方案。現(xiàn)場(chǎng)施工表明,氨合成塔出口廢熱鍋爐運(yùn)行良好,焊唇密封結(jié)構(gòu)再?zèng)]有出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。今后,應(yīng)確保焊唇密封結(jié)構(gòu)的螺栓預(yù)緊力保持在正常設(shè)計(jì)范圍內(nèi),同時(shí)優(yōu)化開(kāi)停車升降溫操作和日常管理,最終使氨合成塔出口廢熱鍋爐能夠安全運(yùn)行。

[1]HG20530-1992,鋼制管法蘭用焊唇密封環(huán)[S].

[2]陳立魁,楊瑞增,陳晴.焊接密封的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用[J].潤(rùn)滑與密封,1998,32(5):48-50.

[編輯]李啟棟

TQ055

A

1673-1409(2014)25-0064-02

2014-04-12

職統(tǒng)寶(1972-),男,高級(jí)工程師,碩士生,現(xiàn)主要從事化工設(shè)備管理方面的研究工作。