管式壓力換熱器列管泄漏錐孔塞堵的應用

郭士才,劉 洋

(安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽臨泉 236400)

錐孔塞堵是一種處理管式壓力換熱器列管泄漏的專用塞堵。錐孔塞堵使用簡單、安全，焊接方便，適用于換熱溫度和壓差都較大的換熱容器，可解決管式換熱器漏點一般封堵不易的難題，提高了對化工、石油行業生產的運行穩定性和經濟效益[1]。

1 背景技術

在化工、石油煉制等工業生產中，換熱設備是實現化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備，列管式換熱器被廣泛使用。在熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強的液體物料，對管道具有較強的腐蝕性，再加上管道在較大壓力的液體沖刷下，容易發生列管破裂、液體泄漏、換熱效果降低和管殼程間液體混雜，給生產工藝帶來不穩定因素和能耗增加[2-3]。管程泄漏的原因一般為列管破裂，如果發生管程大量泄漏，就要更換換熱管道或設備整體，對于僅有較少幾根或十幾根的管道(一般根據換熱實際效果和經濟效益確定封堵根數)，就需要使用塞堵對列管進行封堵。一般所使用的實心錐形或圓柱形塞堵，在焊接后使用的過程中，由于溫差變化較大，焊接應力和熱膨脹不均勻，同時在系統壓力的作用下，塞堵與花盤之間的焊縫極易產生裂紋，造成焊縫二次修復和設備報廢。

2 設計原理及結構

錐孔塞堵(見圖1)彌補了現有列管換熱器管程泄漏堵漏技術的不足，適用于因腐蝕或沖刷、換熱管直徑不大、泄漏管道較少、壓差小于8 MPa的換熱壓力容器。管式壓力換熱器列管泄漏用錐孔塞堵，主要特征在于堵頭的前端外壁上具有環形臺階，內部設有沉孔，堵頭的后端自外向內插入換熱管中，環形臺階的臺階面頂靠在換熱管的端面上，堵頭和換熱管的結合部與管板固定焊接在一起[4]。塞堵錐孔的設計利用物體的熱脹冷縮性質減緩其焊接時所產生的應力，并使其熱膨脹均勻，消除錐孔塞堵與花盤之間產生的焊縫裂紋。

(a) 塞堵焊接剖面圖

錐孔塞堵外形照片見圖2。

圖2 錐孔塞堵外形照片

3 具體實施方式

(1) 試壓，主要找出泄漏的列管。先對管式換熱器管程進行氣密水壓查漏(試漏壓力應根據設備設計壓力等級而定)，確定泄漏列管位置，當壓力達到要求后，每隔30 min進行查漏，保壓時間不小于60 min；做好記錄跟蹤。

(2) 預熱，對焊接面進行消氫處理。采用鋼管加工加熱圈進行消氫處理,采用液化石油氣(或天然氣)火焰進行加熱，溫度在400 ℃以上,加熱時間不少于240 min(加熱范圍至少包括泄漏處一個管孔的圓周范圍)。

(3) 補焊，采用堵頭方式堵在換熱管端面位置。消氫處理后采用堵頭方式堵在換熱管端面位置，再用鎢極氬弧焊進行維修(焊絲應符合換熱器材質要求)，焊接完成后立即進行消氫處理(加熱溫度為250～350 ℃,保溫30 min)，焊接完成24 h后進行100%射線探傷，以達到NB/T 47013.5—2015 《承壓設備無損檢測 第5部分:滲透檢測 》 I級合格(見圖3)。需要注意的是焊前預熱80～100 ℃，采用小電流、小范圍焊接，層間溫度不大于150 ℃；為防止焊接溫度過高，可采用分段、分區焊接的方式。

圖3 列管處理焊接錐孔塞堵后的照片

(4) 堵頭實物加工應符合換熱器材質要求。堵頭及安裝示意圖見圖4。

(5) 熱處理完成后按設備試驗壓力進行水壓試驗,保壓時間不小于120 min，每隔30 min觀察泄漏情況，如有泄漏,則按照以上步驟進行維修。

(a) 新型換熱管處堵頭(12Cr2Mo1)

4 結語

管式壓力換熱器列管泄漏專用錐孔塞堵技術使用簡單、安全，焊接方便，充分利用塞堵錐孔的結構特性，能適用于換熱溫度和壓差都較大的換熱容器，塞堵錐孔的設計可以利用物體熱脹冷縮性質緩解應力，解決了原實心封堵焊接熱應力無法消除、漏點不易處理的難題，提高了化工、石油行業生產的運行穩定性和設備換熱效果，同時也提高了生產效益。