聯(lián)堿母換器升級改造

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(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

石墨母換器(MⅡ與熱AⅠ換熱)的特點：耐腐蝕性能好，傳熱面不易結垢，傳熱性能良好。由于生產(chǎn)原因，設備運行一段時間后需倒停清理，因石墨抗彎和抗拉強度低，易脆裂，清理時需降低清洗壓力，造成清洗難度加大，清洗過程中極易發(fā)生換熱管斷裂事件。TA2換熱管母換器具有優(yōu)良的耐腐蝕性,特別是耐含氯介質溶液的腐蝕,又因管壁可以做的較薄,提高了換熱效率，密度小、強度高,設備重量輕，設備倒停后適宜高壓清洗管內結疤。

1 設備泄漏原因分析

聯(lián)堿裝置Ⅱ過程的石墨母換器在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，造成母液互串，影響生產(chǎn)穩(wěn)定運行，嚴重時造成生產(chǎn)停工。通過對設備結構及材質的分析，設備泄漏的主要原因為：①母換器為垂直安裝(見圖1)，密封套老化，石墨管重力下垂造成密封位置的變化，且因密封結構設計缺陷(見圖2)，造成下部更換密封圈難度較大。②因石墨材質的脆性，造成換熱管易斷裂。

圖1 換熱器簡圖

圖2 石墨母換器密封結構圖

2 改造方案

結合泄漏原因分析，根據(jù)同行業(yè)改造經(jīng)驗，本著節(jié)約費用、簡單易行的原則，只將換熱管材質改為TA2，可利用閑置的碳化塔鈦管進行改軋。但考慮母液的腐蝕性，碳鋼部分采用耐腐蝕性能好的環(huán)氧玻璃鱗片漆防腐，只要嚴格執(zhí)行防腐工藝，確保設備防腐層使用10年以上(后附防腐機理分析)。所以為保證設備制造質量，我們制定了嚴格的制造工藝。

表1 TA2管換熱器技術參數(shù)表

制造過程及關鍵點：

鈦換熱管的改軋：φ63×2.5×3000改軋成φ38×1.5×6000。①首先進行選材，定尺寸；②酸洗；③冷軋；④真空正火；⑤管道渦流檢測；⑥包裝。

筒體卷制：按照圖紙的技術要求進行驗收，內部環(huán)氧玻璃鱗片漆防腐(嚴格執(zhí)行防腐工藝)，筒體與管板焊接時注意過渡板的焊接要求。

3 換熱管與管板的檢驗和加工

3.1 換熱管

1)換熱管按要求逐根水壓試驗驗收，精確測量內、外徑公差；

2)按實際測量殼程長度一次性切好換熱管，避免穿管后用角磨機修磨長度時產(chǎn)生砂輪磨粒濺入管子與管板管孔之間，造成焊接時產(chǎn)生夾渣的接頭隱患；

3)換熱管穿管前脹接部位應進行除銹處理，管端除去內外毛刺很重要。

3.2 管板

1)管板為合格的鍛件，內部材質應均勻，脹接面上無影響脹接質量的缺陷；

2)管板鍛件做超聲波復查；

3)管板與折流板上管孔加工采用同一塊模板鉆孔，確保每根換熱管通過管板與折流板上的管孔在同一中心線上；

4)管板孔的鉆削加工粗糙度及管橋寬度均按GB151—1999 Ⅰ級要求驗收。管子與管孔的公差要求嚴格控制在0.3±0.05 mm范圍內。

4 組 裝

換熱管采用先脹后焊的方法，使用液壓貼脹(如果采用機械脹出現(xiàn)的油污等缺陷較多)可以消除管子與管板管孔的間隙，能有效的阻尼管束振動到管口的焊接部位，同時又可避免間隙腐蝕。但要保證管板管孔加工尺寸的公差與精度達到較為嚴格的要求。

1)按技術要求進行折流板、換熱管及管板的組裝，組裝過程中特別注意避免破壞防腐層，如果發(fā)現(xiàn)有拉傷，立即采用補救方案噴涂；

2)液壓脹接，脹接前采用潔凈的壓縮空氣進行吹掃，保證脹接緊密程度均勻一致和可靠性。液壓式脹管機脹頭外徑與管子內徑的公差也要嚴格控制，脹接后進行測量脹大值(表2)。要保證管子—管板脹接良好，焊接時焊縫不易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，接頭才能有足夠的強度和良好的密封性、耐蝕性；

3)管子與管板脹接后，在管端留有15 mm長的未脹管腔，減少焊接應力對脹接的影響。但在焊接時，由于高溫熔化金屬的影響，間隙內氣體被加熱而急劇膨脹。焊縫收口處亦留下肉眼難以覺察的針孔，這一點需要我們注意避免。

表2 施脹前后管孔尺寸的測量記錄

注：貼脹盛水試漏。

5 TA2的焊接

TA2材料本身極其活潑,常溫下表面經(jīng)鈍化后是比較穩(wěn)定的,但隨著溫度的升高,從250 ℃就開始吸收氫、400 ℃開始吸收氧、500 ℃以上開始吸收氮。這些氣體都會使焊接接頭脆化,因此TA2焊接時近縫區(qū)域需要含量≥99.99%氬氣嚴格執(zhí)行保護罩形式的保護氣體。

1)焊前準備。換熱管與管板待焊前要進行酸洗處理,除去表面的氧化物、油污等污染物。施焊前再次用丙酮清洗待焊區(qū),同時去除換熱管口內外的毛刺。特別注意的是，焊前的清理非常重要,能有效地避免氣孔、裂紋的產(chǎn)生。

2)氣體保護措施。為保證焊接時400 ℃以上外界氣體不進入焊縫中，使用保護罩施焊，同時制作與換熱管緊密接觸的銅塞，焊接時插入被焊管頭內，另一端的管頭內通氬氣背面保護，保證保護的效果，且銅塞還具有冷卻作用。

3)焊接采用填絲氬弧焊。焊縫高度不小于管壁厚度的1.4倍。采用雙層氬弧焊，第二層焊道起弧處至少要偏離第一層焊道起弧點15°，以消除第一層焊道中起弧和收弧點處可能產(chǎn)生的缺陷。圖3所示起弧點在90°或180°位置,收弧點在45°或315°位置，避免下坡焊時造成虛焊,影響焊接接頭質量。

圖3 焊接起始點

6 焊后檢驗

6.1 外觀檢驗

對管板表面用10倍放大鏡進行100%檢查, 按標準GB151—1999檢驗無裂紋、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷,焊接接頭合格。

按JB/T4745—2002鈦制焊接容器檢驗,焊接接頭顏色為銀白色視為合格，如為金黃色、藍色應酸洗后成銀白色，可控制使用。

對管板表面進行滲透(著色)檢測,焊接接頭無微細裂紋、氣孔。

6.2 按照圖紙技術要求進行水壓試驗

圖4 焊接過程圖片

圖5 焊接后圖片(未鈍化)

7 設備防腐分析

設備碳鋼部位采用環(huán)氧玻璃鱗片涂層防腐保護，環(huán)氧玻璃鱗片涂層是以環(huán)氧樹脂為主要基料，以薄片狀填料(10%～40%片徑不等的玻璃鱗片)為骨料，添加各種功能添加劑混配成膠泥狀或涂料狀防腐材料，再經(jīng)專用設備或人工按嚴格施工規(guī)程涂覆在被防護設備表面而形成的防腐蝕保護層。

玻璃鱗片是一種優(yōu)良的抗化學藥品和抗老化性的無機材料。玻璃鱗片是經(jīng)1 700 ℃高溫熔化再經(jīng)獨特工藝吹制而成，厚度為0.02～0.05 mm，片晶長度為1～3 mm。玻璃鱗片的片徑縱橫越大，涂層的抗?jié)B透性能越強。玻璃鱗片能把涂層分割成許多小空間，使涂層中的微裂紋、微氣泡相互分割，同時抑制了毛細管作用的滲透。玻璃鱗片的硬化收縮率只有其它材料的幾十分之一，大大提高了涂層的附著力和抗沖擊性能，抑制了涂層龜裂等缺陷。環(huán)氧玻璃鱗片涂層的耐溫差性能，抗老化性能好，使涂層與鋼材不易分層或剝離。從而保證了較好的耐蝕性。

8 結 論

TA2管母換器已穩(wěn)定運行3年，沒有發(fā)生泄漏。但與石墨管比較，TA2管壁上極薄的鈣鎂疤膜高壓清洗起來比較困難，但采用酸洗可以解決。

同時可以看出，碳鋼設備進行嚴格有效的防腐，是可以延長設備使用壽命。

最后進行簡單的經(jīng)濟效益計算：母換器制作新外殼、封頭(環(huán)氧玻璃鱗片漆防腐)、鈦復合管板，鈦管利用老廠碳化塔拆的鈦管，經(jīng)過軋制得到所需的尺寸。具體費用：鈦管利舊4 t；改軋加工費2.5萬元/t；市場鈦管價格15萬元/t；節(jié)省鈦管投資費用65萬元，減去制造及安裝改造費用40萬元，節(jié)約費用25萬元/臺。設備運行穩(wěn)定，沒有計算因生產(chǎn)波動而影響的產(chǎn)量價值。

[1] 周振豐，張文鉞.焊接冶金及金屬焊接性[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993

[2] 全國壓力容器標準化技術委員會.《鈦制焊接容器》標準釋義[M]. 昆明：云南科技出版社，2003

[3] 全國壓力容器標準化技術委員會.GB151-1999管殼式換熱器標準釋義[M].2000