纏繞管式換熱器泄漏修復

包永祥 劉倍倍

中原大化集團公司 河南濮陽市

一、纏繞管式換熱器概述

纏繞管換熱器是一種高效換熱設備，廣泛用于工業深冷，集團公司使用的深冷氫回收裝置11E001再生預熱器即為纏繞管式換熱器，其特殊的結構和苛刻的工作條件給檢修帶來很大困難。換熱器采用法國液空公司的專利技術，為雙聯管纏繞結構，分別走凈化后的尾氣和富氫氣。換熱管在芯筒與外殼之間的空間內按螺旋線形分層纏繞、相互間隔，纏繞方向及流向相反，層間以2mm厚20mm寬的鋁帶隔開；兩種氣體分別在上下共8個管箱內進入、匯合。燃料氣走中間芯筒。換熱器的結構和流程見圖1。

圖1 換熱器結構和流程

整臺換熱器結構緊湊，單位容積傳熱面積比較大，每立方米傳熱面積為58.82m2，同時，傳熱強度大，傳熱系數高，流體在螺旋管內流動會形成二次環流，強化了換熱效果，相當于同體積換熱器換熱效果的近10倍。換熱器各部分所用材料見表1。

表1 換熱器各部分材料表

二、泄漏情況的確定

1.事故的發現

設備在正常工藝操作下，負荷為22km2/h，入冷箱尾氣含氫為62%，出冷箱燃料氣含氫為16%～20%。當運行中燃料含氫突然升高，且確定HV11002、TV11006處于關閉狀態無泄漏，即可初步確認高壓側管子泄漏。此次泄漏事故中，燃料氣中氫的含量達到40%。進一步證實判斷方法的正確性。

2.泄漏系統確認

割下相關連接管線以及上、下所有管箱，分別將尾氣、氫以及燃料氣出入口總管法蘭盲死，使設備與系統隔離。在殼側接儀表空氣（0.5MPa），觀察觀察各系統壓力表指示，如果某系統有壓力形成則證明該系統存在泄漏。此次泄露為氫系統泄露

3.泄漏位置確認

在氫系統相應管箱管口抹肥皂水試漏，將冒泡的管子做標記。之后在上管箱做記號的管中分別注水，下管箱中有水流出的管口即為其對應下管口，并判斷該管泄漏；如果某標記上管口未發現對應的下管口，則判斷該管為斷管。經試壓確認，這次此次泄露為氫系統泄露。共8根。

三、檢修方案

1.管箱解體

纏繞管換熱器內部管路復雜，易堵塞，難疏通，解體管箱時要避免雜質進入甚至堵管。管箱的解體最好使用砂輪切割，但為了加快施工進度采用了碳弧氣刨。需要注意的是氣刨作業時不能直接切透，否則容易造成換熱管堵。應先使用碳弧氣刨切薄，然后使用砂輪機切透，最后修磨。修磨工作可以在車床上進行，氣刨層要完全切除，避免碳含量增加；坡口25°平整，以利焊接。

2.壞管處理方案

因為此類換熱器換熱管材料為AL+9%Ni，過熱將有很大的收縮變形，加上低溫高壓的環境，所以堵管工作不宜焊接，可采用螺紋配合膠連接。

檢修采取的膠為環氧類低溫粘接專用膠，有三種組分，按質量比A∶B∶C=5∶1∶0.2配制。不同溫度所需固化時間為60℃為8h,100℃為2h，130℃為1h。現場采用130℃環境固化1h，需要用碘鎢燈來烘烤輔助固化。

3.堵管作業

將漏管和斷管管端磨平，鉆孔攻絲，以絲堵涂密封膠將兩端堵死，適當加熱加速固化。這種處理方法僅減小了介質的流通面積，對換熱影響不大。

4.換熱管試漏

堵管工作完成后，密封上下所有管箱。在殼程用氮氣加壓至490kPa，保壓6h。尾氣和氫系統中壓力表指示為0時，表明修復良好。一旦未達到要求，應打開箱管蓋板，進一步查漏修復。

5.回裝及上下管箱和相關管線焊接

管箱承受-196℃低溫和10MPa的高壓，對焊縫的低溫韌性要求很高，必須嚴格控制焊縫中的雜質含量。焊接前需要對焊口100mm范圍內使用丙酮清洗，并采用保護性能好的氬弧焊焊接。管箱材料為德國DIN標準1.4404，對應美國AISI標準316L，焊絲應選用ER316L。為使焊縫得到有效的保護，采取間隙式接頭，并在背后墊316L襯環的方法使焊縫得到充分保護。用塞尺檢查時，襯環與管箱內壁的間隙應＜0.5mm。

修復工作完成后，應按工藝要求對各組件回裝焊接。管道的焊接與管箱相同。焊后100%射線探傷，所有焊縫均須達Ⅱ級以上。相關焊口尺寸見圖2。

四、高壓試驗及修復效果

1.準備工作

所有閥門、安全閥經檢查調試合格，安裝復位。試壓用接管、閥門，應嚴格檢查，壓力表采用PN15680KPa，1.5級表，氣源為干燥潔凈氮氣。

圖2 焊口尺寸

2.試壓標準

試壓嚴格按設備試壓曲線進行，壓力以每30min、980kPa緩緩上升，每升高980kPa,保壓30min，并用肥皂水檢查各個泄漏點及各焊接處，如有泄漏做好標記。達到給定壓力值11370kPa后，保壓6h，壓力每小時降2940kPa以下，為密封合格。

換熱器自2008年7月大修后，設備運行狀態良好，氫回收率達到80%，接近設計值90%，檢修工作達到了預期目的。