鋯材換熱器管板復合層修復實例

王星海

(中石化長城能源化工（寧夏）有限公司,寧夏 銀川 750411)

1 設備概況

中石化長城能源化工（寧夏）有限公司有年產30萬噸醋酸裝置一套，E030101換熱器為醋酸反應釜R-030101的外循環換熱器，換熱器將反應釜溫度控制在187～190℃，主要作用是通過E-030101換熱來帶走或提供熱量（有兩種模式即加熱、冷卻），對反應釜溫度實現精調節。

換熱器為2管程、臥式、釜式U型管換熱器，換熱面積FN=336m2。

殼程：設計壓力為1．6MPa，設計溫度200℃，介質為S7蒸汽或除鹽水，材質為304。

管程：設計壓力為3．0MPa，設計溫度188℃，介質為反應釜液（醋酸、碘甲烷、氫碘酸、水、銠、CO），材質為304/TA2/R60702。

E030101鋯換熱器管程介質為醋酸反應液，腐蝕性極強，反應壓力為2．8MPa，為此換熱管材質采用Zr702無縫管，管箱采用鋯復合板結構，管板由Zr702（9mm）+Ti（2mm）+304（156mm）三層爆炸復合板而成，其結構見圖1。

圖1 復合管板簡圖

2 故障過程

2014年4月醋酸裝置水聯運時，發現管板復合層界面有一處發生泄漏，在管板密封面上發現一處0．3mm小孔，該小孔與管板泄漏處位置相對應，確認此小孔即為泄漏源。對該小孔進行打磨、補焊，著色復查合格，管板表面其它部位未發現有缺陷。

2014年6月醋酸裝置開車后，管板側處也持續發生兩處明顯泄漏點，起初認為是管板法蘭纏繞墊處泄漏，進行螺栓熱緊，未有效果。在2014年7月10日對其更換了墊片，開工后原泄漏點還在泄漏，后來對泄漏處進行了清理，經仔細觀察這兩處泄漏點，是發生在復合層界面上，與水聯運時漏點情況相似，泄漏點見圖2、圖3。

圖2 泄漏點1

圖3 泄漏點2

2014年7月27日晚因甲醇裝置CO壓縮機停車，醋酸裝置同步停車。7月29日拆下管箱，對管板表面做100%著色檢查，管板密封面上發現六處表面裂紋（見圖4、圖5），其中一處發生在原補焊焊縫上，其余五處為新發現缺陷，此外還有一處管板與列管焊縫發生腐蝕缺陷（見圖6）。

3 原因分析及修復方案

圖4 管板密封面缺陷1

圖5 管板密封面缺陷2

圖6 管板與列管焊縫缺陷

此管板在運行不長時間內多次、多處發生裂紋，主要集中在約4mm厚的鋯層密封面，原因分析如下。

鋯層厚度設計為9mm，鋯層密封面經過機加工后厚度減變為4mm，復合板在經過爆炸復合后會產生較大的內應力，容易產生缺陷（裂紋）。

針對現場條件和實際情況，制定以下具體修復方案。

3.1 消除原管板鋯層密封面缺陷

3.2 管板密封面加焊鋯材密封環

增加鋯材密封環的作用是：由于原密封面只有4mm，其內部已有較多產生裂紋的隱患，在今后的生產運行中有些裂紋還會逐漸形成，我們用這一層9mm的鋯環（板材加工的鋯環）覆蓋在有缺陷的原密封面上，使原密封面不與腐蝕介質接觸，減少原密封面產生泄漏的可能性。

3.3 管箱隔板密封面加鋯條

由于管板密封面厚度增加了9mm，故對管箱隔板密封面加高以適應配套安裝。

4 處理過程

4.1 對原管板鋯層密封面缺陷進行修復

（1）對管板密封面6處缺陷（5處裂紋，1處圓形缺陷），換熱管管口焊縫處1處腐蝕。用金屬磨頭挖除缺陷，氬弧焊補焊并磨平焊縫，并對補焊處100%PT，檢測合格。（2）管板密封面及內側100%UT（超聲波）檢查：檢查復合板的貼合情況及鋯材內部缺陷并備案。（3）對管箱密封面平整度和密封面劃痕缺陷進行檢查，對密封面存在的劃痕和拉傷進行修磨處理。

4.2 管板密封面加焊鋯材密封環及管箱隔板加鋯條

（1）在現有出現缺陷進行補焊后的密封面上覆蓋一層9mm鋯環密封面（在生產廠家完成雙面加工平整，密封面側精加工），與管板凸臺45°坡口處全焊透，外圓采用密封焊并增設檢漏孔。對密封面外圈及管箱管板進行坡口加工，密封面及施焊處進行拋光處理并用丙酮清洗后進行焊環及管箱隔板加高組裝點固。（2）施加防變形工裝后，對焊環內外側進行密封焊。防變形工裝拆除后，對換熱器殼層進行0．4MPa空氣氣密檢測合格、PT檢測合格后，進行內側氬弧焊填充，完成后進行100%PT，檢測合格。管箱隔板加高進行氬弧焊填充后進行100%PT檢測合格。（3）試壓。為了確保檢修質量，鋯環焊接完畢后，在管板法蘭面安裝試壓工裝，在殼程充壓縮空氣0．4MPa進行氣密查漏，合格后回裝管箱。

為保證管箱法蘭與新增加的鋯密封面的密封效果，在纏繞墊上纏繞聚四氟乙烯帶（新增加的鋯密封面在施焊過程中會產生小的變形，使密封面不平整，為了防止密封面產生泄漏，纏了這些四氟乙烯帶起到填充的作用），同時將原緊固螺栓更換為42CrMo高強度螺栓。

5 修復后運行情況

E030101鋯材換熱器修復后，運行至今，再無泄漏發生，達到了修復目的。

6 結語

針對鋯材換熱器管板復合層出現泄漏的情況，根據實際情況，對其進行修復，恢復了設備的原有性能，運行至今再無泄漏發生，對于復合板結構的特材設備檢維修具有一定的指導意義。

[1]GB150-1998，鋼制壓力容器[S]．全國壓力容器標準化技術委員會，1998．

[2]石油化工設備維護檢修規程，第三冊[M]．中國石化集團公司，中國石化出版社，2004．

[3]E030101換熱器竣工圖，南京德邦金屬裝備工程股份有限公司，2013．