大型檢修工程浮頭式換熱器試壓工藝

楊笑(中國石油天然氣第一建設有限公司，河南 洛陽 471000)

0 引言

每年各類裝置的檢修工程很多，換熱器檢修是必不可少的檢修工程，而換熱器檢修的重中之重是水壓試驗。浮頭式換熱器水壓試驗是重點也是難點，試壓過程復雜，試壓過程較長，也是檢修頻率很高的一類換熱器。浮頭式換熱器采用規范中的試壓工藝進行水壓試驗，效率低、成本高，很多時候無法滿足檢修工期需求。雖然可以通過延長作業時間進行水壓試驗，但是試壓質量不易控制，檢查時很難發現小的漏點。根據換熱器器新舊程度、設備材質、操作工況的惡劣程度等相關參數，急需確定一類試壓工藝對浮頭式換熱器進行水壓試驗，確保工期，而又能保證檢修的質量。

1 設備檢修背景及概況

某煉油廠是所在區域內唯一的一座石油加工企業，煉油廠能否順利完成檢修如期投產，將直接影響此區域內市場成品油供給。該廠2020年進行全廠檢修，其中需要檢修的換熱器共有262臺，主要是有U型管式換熱器、固定管板式換熱器、浮頭式換熱器，其中浮頭換熱器106臺，整個檢修工期是1個月。在此期間需將換熱器管束抽出，大部分換熱器還需進行容檢。換熱器要先進行管束清洗，后對換熱器進行水壓試驗，水壓試驗是整個換熱器檢修過程中占用時間最長的一道工序。浮頭式換熱器按照傳統方法進行水壓試驗，完全不能滿足工期要求，將直接影響該煉廠的投產。

2 浮頭式換熱器傳統試壓工藝對比

2.1 非拆卸式直接試壓工藝(方法一)

2.1.1 工藝方法

非拆卸式直接試壓法就是在換熱器的封頭不拆卸的情況下，在換熱器的管程進出口、殼程進出口分別安裝盲板。分別對管程、殼程進行水壓試驗，觀察壓力是否下降來判定換熱器是否存在缺陷。管程、殼程水壓試驗不分先后順序[1-2]。

2.1.2 試壓特點

非拆卸式直接試壓工藝的優點是操作簡單，不需要吊裝設備，試壓速度快、效率高，成本低。非拆卸式直接試壓工藝的缺點是試壓過程若出現壓力不穩或掉壓現象，則說明內部有泄漏點，需要重新拆卸封頭，進行壓力試驗檢漏、管程試壓、殼程試壓等3次水壓試驗，工期反而會增加。

2.1.3 適用范圍

非拆卸式直接試壓工藝適用于換熱器內部出現泄漏概率比較低的換熱器設備，比如新換熱器、或運行時間不長的換熱器。

2.2 先殼程后管程再殼程試壓工藝(方法二)

2.2.1 工藝方法

先殼程后管程再殼程試壓工藝就分三步進行：

(1)管束置于換熱器殼體內，在管束兩端分別安裝試壓環、假浮頭，先對殼程進行試壓，檢查換熱管及其與管板連接位置的焊縫質量。

(2)安裝小浮頭、管箱對管程進行試壓，觀察小浮頭與管板間的密封、管箱與管板之間的密封。

(3)安裝上外頭蓋后，對殼程進行水壓試驗，觀察外頭蓋本體、外頭蓋與殼體連接法蘭密封。

2.2.2 試壓特點

先殼程后管程再殼程試壓工藝的優點是試壓工序嚴謹，不存在反復抽芯，即使有缺陷可以馬上處理。先殼程后管程再殼程試壓工藝的缺點是試壓工序比較繁瑣，試壓工期長，需吊車、抽芯等設備配合，成本較高。

2.2.3 適用范圍

先殼程后管程再殼程試壓工藝適用于管程試驗壓力小于殼程試驗壓力的所有浮頭式換熱器水壓試驗，也是檢修工程中最常用的一種試壓方法。具體試壓工序圖如圖1所示。

圖1 浮頭式換熱器試壓工序圖

2.3 先場外管束試壓后管程再殼程試壓工藝(方法三)

2.3.1 工藝方法

先管束后管程再殼程試壓法就分三步：

(1)將抽出管束運至場外，利用專用胎具先對管束進行試壓，檢查換熱管及其與管板連接位置的焊縫質量。

(2)將管束運到現場并回裝至換熱器筒體內，安裝小浮頭、管箱對管程進行試壓，觀察小浮頭與管板間的密封、管箱與管板之間的密封。

(3)安裝外頭蓋后，對殼程進行水壓試驗，觀察外頭蓋本體、外頭蓋與殼體連接法蘭密封。

2.3.2 試壓特點

先管束后管程再殼程試壓工藝的優點是場外對管束進行試壓，如有缺陷可以直接處理，不需要辦理檢修過程中的用電票、動火票等各類作業票證，不需要現場隔離及防護安全措施。先管束后管程再殼程試壓工藝的缺點是試壓工序比較繁瑣，需運輸板車、吊車、抽芯等設備臺班多，購置試壓用專用胎具成本很高，試壓及運輸時間長。

2.3.3 適用范圍

先管束后管程再殼程試壓工藝適用于大批量換熱器檢修、集中清洗、試壓；胎具筒體承壓厚度足夠，也適用于管程試驗壓力大于殼程試驗壓力的換熱器試壓。

3 規范中浮頭式換熱器試壓方法

規范中是按照管程、殼程試驗壓力比較來分的，分為以下兩種情況[3]：

(1)若管程試驗壓力小于殼程的試驗壓力時，先管束后管程再殼程試壓法進行試壓。

(2)若管程試驗壓力大于殼程的試驗壓力時，應執行設計文件要求或供需雙方規定的方法來進行試驗，但是未給出具體的試驗方法。

從規范的要求來看，換熱器是需要進行3次水壓試驗，每次的試壓的檢查部位也不相同，過程還是很復雜的。

4 結合實際優化浮頭式換熱器試壓工藝(方法四)

4.1 優化后試壓工藝

檢修過程中按照方法二的工藝進行換熱器水壓試驗是常用試壓工藝，但是換熱器拆浮頭，管箱安裝試壓胎具，需要試三遍壓，試壓時間太長，用此工藝進行水壓試驗工期無法保證。煉油廠大檢修工程一般同時還進行特種設備的容檢，換熱器容檢包括換熱器管束、筒體均要經歷一遍檢測，檢測后的換熱器筒體、管束、及管板位置發生泄漏可能性大大降低。其次，檢修前與車間進行良好溝通，浮頭式換熱器浮頭蓋與管板間的密封墊片、管箱與筒體間密封墊片，各多備1個墊片，以備不時之需[4]。殼體試驗實際上主要檢查外頭蓋與筒體間的密封面。針對上面的有利條件提出新的試壓，即兩遍試壓工藝。具體試壓工藝圖如圖2所示。

圖2 浮頭式換熱器試壓工藝

4.2 管程水壓試驗

換熱器抽芯后將管束、殼體等部位清洗干凈，現場特檢人員對設備進行全面檢查，容檢合格后，及時回裝換熱器管束。浮頭蓋及相連管板密封面、管箱及連接筒體的密封面清理干凈，并且報業主驗收。驗收合格后，安裝浮頭蓋和管箱，用定力矩扳手對稱緊固螺栓，保證螺栓緊固的質量。然后在管程的進出口安裝試壓盲板，進行試壓。試壓過程中緩慢升壓，升壓的過程中注意觀察密封面、管束及管板位置，是否有漏水現象，特別是筒體內管束的檢察要用手電進行仔細檢查，試壓示意圖如圖3所示[5]。試壓后及時將管程內的水排干凈，若是低溫天氣進行水壓試驗，試壓完管程后立即用壓縮空氣將內部的積水吹出，管束內存水易將設備凍壞。

圖3 浮頭式換熱器管程試壓示意圖

4.3 殼程水壓試驗

外頭蓋法蘭密封面、相連接筒體法蘭的密封面清理干凈，管程試壓合格后安裝外頭蓋。同時采用定力矩扳手對連接螺栓進行對稱緊固，緊固合格后第三方檢測設備螺栓緊固力矩值，合格后進行下一工序[6]。最后在浮頭式換熱器殼程的進、出口分別安裝試壓盲板，進行水壓試驗。試壓示意圖如圖4所示。

圖4 浮頭式換熱器殼程試壓示意圖

5 確定檢修工程浮頭式換熱器試壓工藝

對需要檢修的浮頭式換熱器進行統計，統計的參數含使用年限、運行介質、材質、操作壓力等，并且積極與車間的設備技術人員進行溝通，確定浮頭式換熱器的試壓原則。如過程出現原材料或焊縫出現漏點，按照方案二進行返修后的水壓試驗。具體原則如下：

(1)運行期間無泄漏現象且是新建裝置(3年以內)內的浮頭式換熱器：采用方法一進行試壓。

(2)高溫、高壓類換熱器，運行介質為強腐蝕性流體的浮頭式換熱器：采用方法二進行試壓。

(3)其他類換熱器均按照方法四進行試壓。

按照此試壓原則對照檢修大表，明確完每臺換熱器對應的試壓壓力、試驗工藝，及時下發施工隊、班組，可以快速執行，為檢修工程爭取時間[7-9]。

6 實施效果

某煉油廠2020年大檢修工程按照上述確定的試壓原則，三種試壓工藝，很快完成了全廠浮頭式換熱器的檢修。檢修過程中按照方法四的工藝進行試壓的浮頭式換熱器中，只有2臺換熱器試壓出現返工。總體進度比計劃工期提前了5天，吊裝設備臺班、人工成本等均明顯的降低。裝置投產過程中，這些換熱器均未發現泄漏。投產后半年，設備依然運行平穩。

7 結語

浮頭式換熱器試壓工序多，各大煉廠的檢修工期排的非常緊，而且換熱器一般布置在框架內，布局緊湊，不是簡單增加施工人數就能解決。特別是今年疫情嚴重，人員動遷風險很大，隔離期很長，成本增高。從實際出發，結合特檢院容檢的契機，從出現泄漏的概率分析，針對不同換熱器采用不同的試壓工藝，保證每臺浮頭式換熱器的試壓質量，同時節省了檢修的工期和施工成本。針對同一類換熱器采用不同的試壓工藝進行試壓，大大提高施工效率，對各類檢修工程中浮頭式換熱器水壓試驗有積極的借鑒意義。

采用上述工藝完成換熱器的檢修試壓，檢修過程及結果得到業主的高度認可。規范是不變的，規范的目的是為了規范各施工程序，保證施工質量。為了達到相同的目的，要充分分析現有資源和施工環境，結合實際，制定切實可行的施工工藝。沒有一成不變的工藝，只有不斷改進才能創新誕生更能適應施工需求的工藝，創造更大的經濟效益。