入塔氣預熱器第三節筒節整體更換方案

陳海峰 郝曉東 王成林

(山西陽煤化工機械有限公司)

入塔氣預熱器第三節筒節整體更換方案

陳海峰*郝曉東 王成林

(山西陽煤化工機械有限公司)

針對某入塔氣預熱器運行5年之后第三節筒體已達報廢級別的情況，制定了筒體整體更換的返修方案，并總結了施工時的注意事項。

入塔氣預熱器 返修 熱處理 水壓試驗

山西焦化集團有限公司四廠入塔氣預熱器于2007年12月制造完成，2008年投入使用，2013年12月應該廠邀請，山西陽煤化工機械有限公司對預熱器進行厚度檢驗，參照JB/T 4730.3-2005標準[1]利用超聲波測厚儀(HSQ6)復驗，發現其中一殼程筒節所用材料按原設計厚度應為48mm，實測厚度為24mm，判定缺陷等級為V級。初步判斷該缺陷可能是由于鋼板在制作過程中工藝控制不當而造成中部晶粒粗大或者組織偏析造成的。為了挽回由此可能造成設備報廢的損失，通過對此換熱器整體結構和強度設計的計算，認為可通過返修達到原設計要求。該設備為立式且筒體較長，現場返修難度較大，筆者擬定了返修方案并確定返修步驟。

1 設備結構及主要技術參數

入塔氣預熱器為按壓差設計的換熱器，屬Ⅱ類壓力容器，殼程與管程設計壓力均為6.7MPa，工作壓力分別為6.1、6.0MPa，水壓試驗壓力均為10.3MPa(殼管程應同時升壓)；設計溫度分別為230、290℃，工作溫度分別為53/210℃和235～270/91℃。設備殼程腐蝕裕度為2mm，殼體規格為DN1800mm×48mm。設備整體結構如圖1所示。

圖1 入塔氣預熱器設備整體結構

2 設備返修方案

預熱器第三節筒體所用的δ48mm、16MnR鋼板不符合設計圖樣規定的JB/T 4730.2Ⅱ級板的要求，根據現行壓力容器法規、規范及標準[2～4]，決定對入塔氣預熱器第三節筒節進行整體更換。由于需更換筒節處于第二層方形框架平臺位置，框架與筒節外部之間距離約為500mm，筒節的移除、吊運、裝焊難度較大，尤其是筒節移除后設備約75t的上段部分保持原有平衡性、穩定性是本次返修的重中之重。經研究分析，決定對該筒節采用分三片逐一更換、最后整體施焊的方式進行。

3 返修前準備

3.1材料準備

采用現行GB 713-2008標準[5]并考慮避開原焊接接頭的熱影響區、壓頭預彎工藝余量及筒體實際展開長度需要等因素后，決定采用一張δ48mm、Q345R(正火)，2200mm×6500mm定尺板。材料使用前進行100%UT檢測復檢，符合JB/T 4730.2Ⅱ級合格。進行化學成分分析、力學性能和0℃沖擊試驗合格。

3.2更換筒節的制作

按工藝尺寸下料并驗收合格后，采用刨邊機沿長度方向加工兩端坡口(圖2)。

圖2 更換筒體端面坡口示意圖

鋼板兩端利用卷板機預彎或加熱后在油壓機上壓頭預彎，預彎弧長不小于600mm，采用鐵皮樣板檢查，樣板的弦長不小于600mm，預彎弧度必須符合樣板弧度。根據現場測量的第三節筒節的實際外圓周長，換算成所需展開料長并加上卷制成形后的熱處理產生的收縮量，均開后在預彎合格的板料兩端劃出切割線。割去工藝壓頭余量，并按焊接工藝要求切割打磨A類焊接接頭坡口。

卷制成形DN1800mm×48mm、H=2200mm，要求對口錯邊量不大于3mm，合格后按焊接工藝進行點固，然后用卷尺配合樣板對筒節幾何形狀和尺寸進行檢驗，應符合GB 151-1999中6.2.1條的規定[4]：

a. 其內直徑允許偏差通過外圓周長加以控制，理論外圓周長為5 956.5mm，允許的上偏差為10mm，下偏差為零；

b. 筒體同一斷面上，最大直徑和最小直徑之差不大于7mm。

檢驗合格后，對筒節進行消除應力熱處理，熱處理完成后，以點焊的A類接頭為基準，將筒節沿環向均分為三等分，在每等分點上劃出軸向切割線，按標記線切開并按圖2割磨坡口，坡口表面及50mm范圍內100%MT檢測Ⅰ合格。

利用地面劃出放樣線，按線對各瓣片進行預組對，并根據組對情況進行瓣片的校正。

4 返修實施過程

4.1割除第三節筒體

由于設備內為易燃、易爆氣體，動火前應采用惰性氣體或氮氣將設備內的原有氣體徹底置換并取樣檢測，檢測合格后拆除殼、管程所有連接口接管，應保證設備管口處于完全敞開狀態，并應在入塔氣入口和出口安裝排風扇，保證設備內空氣的流暢。

割除前，在頂部平臺上增加工字鋼梁對設備進行穩定加固(圖3)，以限制返修時設備的晃動。通過該筒節的逐瓣交替更換使設備上段部分約75t的重量仍依靠下部進行支承。

圖3 設備上部加固示意圖

按照更換寬度對第三節筒節進行劃線，并根據實際制作的筒節瓣片長度劃分切割線。割除前，應在每塊要割除的筒體瓣料上焊接不少于兩個吊耳，并用鋼絲繩或倒鏈等進行吊掛，避免墜落引發安全事故。割除時先采用電弧氣刨，留2～3mm，然后用角向砂輪機打磨切開。為了防止出現刨透后的熔渣、飛濺損傷換熱管，電弧氣刨時一般應為切線方向。

按切割線并留出適當余量割下第一塊瓣片后，貼靠筒體外壁從第二層平臺上部移出，并及時對裸露的換熱管表面采用石棉布捆扎保護換熱管，然后割磨設備上筒體的B類焊接接頭坡口，并對坡口表面及50mm范圍內100%MT檢測Ⅰ級合格。

吊裝第一個瓣片，同樣在第二層平臺上部貼靠筒體并移入指定位置，按焊接工藝點焊牢固，同時瓣片外部上、下端各采用3塊縱向筋板與原筒體焊接加固。按同樣步驟割除、組對、加固第二塊和第三塊瓣片，并對瓣片之間的縱向焊縫采用筋板進行加固。

4.2焊接

焊前應進行預熱，預熱溫度100～250℃。采用交替焊接A、B類焊縫的方法，先將A類縫焊接一半厚度，再將上、下B類縫焊接一半厚度，最后依次將A、B類縫焊接完成。選用的焊工資質為GTAW-FeⅡ-6G-3/57-Fefs-02/11/12+SMAW-FeⅡ-6G(K)-3/57-Fef3J。采用手工氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面，焊接參數見表1。

表1 組焊A、B類焊接接頭的參數

4.3無損檢測

根據現場情況，對更換后的所有A、B類焊接接頭進行100%UT檢測，符合JB/T 4730.3-2005 中I級合格。要求焊接到焊縫高度一半和焊接完成后分別進行UT檢測。

4.4局部熱處理

對焊接完成后的A、B類焊接接頭進行局部消除應力熱處理，工藝如圖4所示。

圖4 整節筒體整體熱處理及A、B類焊接接頭局部熱處理曲線

4.5耐壓試驗

試壓時必須保證設備殼程、管程同時升降壓，殼程與管程最大壓差應小于0.6MPa。先緩慢升壓至設計壓力6.7MPa，確認無泄漏后繼續升壓至10.3MPa，保壓30min，然后對反應器所有焊縫和連接部位作初次目視滲漏檢查，確認無滲漏；最后將壓力降至設計壓力6.7MPa并保壓足夠長時間，對所有焊接接頭和連接部位進行檢查，無泄漏，無可見變形，試驗過程無異聲響。

5 結束語

針對設備筒體整體更換的現場返修，從更換筒體的材料準備及制造、檢驗、驗收進行嚴格的工藝控制，并根據現場實際情況和實施步驟總結出返修時注意事項。經過返修，設備恢復正常運行，并定時檢測設備返修部分筒體厚度，均未發現缺陷。因此，本方案可為體積較大的立式壓力容器筒體返修提供可行的指導。

[1] JB/T 4730.3-2005，承壓設備無損檢測 第3部分 超聲檢測[S].北京：機械工業出版社，2005.

[2] TSG R0004-2009，特種設備安全技術規范[S].北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2009.

[3] GB 150-2011，壓力容器[S].北京：中國標準出版社，2011.

[4] GB 151-1999，管殼式換熱器 [S]. 北京：中國標準出版社，1999.

[5] GB 713-2008,鍋爐和壓力容器用鋼板[S].北京：中國標準出版社，2008.

*陳海峰，男，1973年10月生，工程師。山西省太原市，030032。

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0254-6094(2015)01-0133-03

2014-06-03，

2014-06-16)