閑置設備更新一例

何文美

（廣安玖源化工有限公司，四川廣安 638019）

0 引言

某公司由國外引進一套閑置的合成氨裝置，根據商檢規定，設備到達現場后需要開展到貨檢驗工作。經具有進出口特種設備檢驗資質的省特種設備檢驗研究院檢驗后，給出檢驗意見：“MT檢測發現面對銘牌，右部管箱筒體與管板相焊接環縫處經檢測發現兩條橫向裂紋，屬穿透性裂紋，并且延伸至母材。經檢驗，該設備不符合ASME及我國規范、標準及有關規定。”考慮設備制造周期長，難以滿足建設期要求，遂考慮先修后更新的方式，在獲得檢驗機構的同意后，公司委托檢修單位進行設備檢修。經過基本方案討論后，由具有資質的檢修單位開展檢修工作，但在檢修單位拆檢中發現該設備已經不具備修復價值，提議公司考慮更新該設備，以保證設備長周期運行。

1 設備基本參數（表1）

2 第一臺更新設備

由設計院出具設備圖紙，公司通過招標，選擇國內知名壓力容器制造單位進行設備制造工作，工期140 d（圖1）。制造單位根據設備圖紙，按期完成制造工作并交貨。在設備投入運行6 d后，設備出現泄漏，裝置被迫停車。經與設備制造單位交流，并由該單位現場進行修復，但投用后1個星期，設備繼續出現泄漏，無法保證公司的正常連續運行。拆檢設備發現問題來源于換熱管與管板的角焊縫，以及換熱管伸入管板約1/3處出現裂紋，初步判定為設備制造單位的制造質量問題，無法徹底修復。經過技術組討論，確認第一臺設備沒有修復意義，公司開展第二臺設備的訂購工作，并進行相關索賠工作。

表1 設備基本參數

3 第二臺更新設備

3.1 改進與制造

為謹慎起見，沒有選在原設備制造單位繼續制造第二臺設備，而是選擇另一家民企作為設備制造單位，在經過技術交底后，公司最終確認在確保現有設備、管口尺寸不變的情況下應做以下改進：①將管板堆焊層材料由原來的304改為Inconel600，引進設備就是使用這種堆焊材料；②將換熱管材料由原來的12Cr2Mo1改為304，避免異種鋼焊接，提高焊接質量；③換熱管材料更換后對管程、殼程壁溫再次進行熱膨脹核算，是否需要增加膨脹節依據核算結果再定，最終增加膨脹節（圖2）。

圖1 第一臺設備

圖2 第二臺設備

圖3 第三臺設備

設備制造完成后，在對設備殼程進行4.9 MPa水壓試驗時，發現膨脹節發生上拱變形現象，制造公司分析引起膨脹節變形的原因是設備管束相對中間筒體為偏心布置，加上兩端的偏心錐，在內壓作用下引起筒體中部膨脹節受力不均，且因膨脹節自身剛度小，因此在偏心載荷的作用下就首先出現了變形。采取措施處理：①切除殼程與管板間已焊好的焊接接頭，釋放留在管束內的壓縮應力后再重新進行組對焊接；②在膨脹節兩端增設保護套及限位拉桿，在膨脹節波谷內安裝均衡塊。經過整改，未發現異常，經噴砂、除銹、防腐后，該設備運抵公司現場。

3.2 設備運行狀況

該設備投入運行中，在管程合成氣及殼程鍋爐水溫度僅有75 ℃左右時，發現波形膨脹節上部伸長約5 mm，膨脹節下部及活動端鞍座均未動，當日設備制造單位來人后認為，活動端鞍座直接放在水泥基礎上，由于摩擦阻力大而引起。后經研究決定在活動端鞍座兩邊及管箱法蘭底部各增加一組支撐，支撐與活動鞍座底面及管箱法蘭底間增設滾棒，改活動端鞍座滑動摩擦為滾動摩擦，以減少摩擦力、減輕管程的承重載荷；以及待合成氣、飽和蒸汽壓力、溫度達到正常值時，在膨脹節上部最大膨脹量位置將膨脹節上部拉桿螺母鎖緊，以增加膨脹節上部剛性等保護措施。經整改后設備運行穩定，鍋爐水電導率穩定最低可降至12 μS/cm；設備活動端鞍座能軸向位移，鞍座最大移動量約20 mm（制造公司理論計算值為15 mm）；膨脹節上部最大膨脹量約20 mm，下部最大膨脹量約5 mm，膨脹節上拱彎曲變形現象還是未得到消除。

在裝置發生緊急停車時，進入設備的合成氣溫度從430 ℃降至256 ℃左右、壓力從10.93 MPa降至5.65 MPa左右，此時經檢查發現該設備活動端鞍座收縮了約6 mm（此數據并不是最大收縮量），活動鞍座離開滾棒約0.8 mm，其余未發現異常。生產恢復正常后活動鞍座又恢復原位與滾棒相接觸，但鍋爐水電導率卻一直居高不下，最低只能降至40 μS/cm。經分析，103J表冷器NH3含量均≥70 mg/L，確認該設備換熱管已發生泄漏。

隨后，裝置再次發生緊急停車。當管程進氣壓力、溫度及殼程飽和蒸汽壓力、溫度降到最低時，活動鞍座收縮了約10 mm；膨脹節上部未動，下部收縮了約3 mm，兩側收縮了約2 mm；活動鞍座離開滾棒的現象同樣存在。生產恢復正常后，活動鞍座再次恢復原位與滾棒相接觸，鍋爐水電導率進一步上升；103J表冷器NH3含量在170～190 mg/L，不凝氣H2%含量在20%～30%。

之后，連續又連續發生兩次裝置停車，最后一次生產恢復正常后，103J表冷器NH3含量上升至在230～250 mg/L，不凝氣H2%含量上升至29%～31%。

3.3 原因分析

事故發生后，公司及時聯系設備制造單位，就設備發生泄漏事項展開討論并提出處理意見，具體如下：

公司一直認為該設備在偏錐筒體上設置膨脹節，存在設計問題。由于殼程存在偏錐，在工作狀態下殼程產生附加彎矩力，導致膨脹節受力不均。而膨脹節剛性又相對較弱，故膨脹節發生了相對彎曲變形，且活動端的來回軸向移動只能靠管束的膨脹變形力來進行推、拉，管束與管板間焊接接頭將長期存在推、拉應力。當溫度發生變化，管束膨脹應力無法將活動端推、拉動時，能量集聚后會發生焊接接頭頂裂或拉脫現象。制造單位當初在制造過程中對殼程進行強度水壓試驗時就發生過膨脹節上供彎曲變形現象，后來才增設保護套及拉桿，雖然進行了整改，但投入運行后膨脹節上拱彎曲變形問題還是未得到解決。從目前的情況看，膨脹節保護套還存在卡塞現象，阻礙管束的自由收縮。制造單位認為，為滿足換熱管材料更改后管、殼程溫差引起的熱膨脹量不同，在筒體上設計膨脹節是按國家相關標準進行計算，結論是合格的；造成活動端鞍座無法靈活移動的原因，在于當初將鞍座放置在水泥基礎上摩擦力大，以及氣體出口管約束力大。

4 第三臺設備

為徹底了解該設備存在的問題，公司組織人員收集國外設備技術資料、國內設計資料和制造資料，經過對比，發現以下差異：①設計院更新設計的折流板數量較國外少，國外為13塊，國內為9塊；③國內更新設計時取消了脫鹽水進液分布槽；③國內在操作中出現低液位，即設備上部換熱管出現干燒現象。針對以上現象，公司邀請設備制造單位、設計院和行業專家一起討論更新方案，最終決定采用國外原設計結構，采用國內已經成熟的耐熱鋼制造，管板與換熱管同材料，取消堆焊層（圖3）。經過重新制造，設備投用至今未發現任何問題。

5 教訓與經驗

回顧該設備的更新之路，值得總結的經驗教訓有以下3點：①引進設備要嚴格檢修，特別是引進的利舊設備，應該充分消化該設備的歷史檢修數據，為項目建設做好提前量；②嚴格對比引進設備的更新方案，深入討論修改的部分，防止因國內外設計結構差異造成設備投用問題；③充分論證設備的更新設計，僅設計單位、制造單位或業主單方面改變設計方案，容易造成不可挽回的損失。