催化裝置蒸汽發生器管束泄漏與修復

付靜朝(中國石化石家莊煉化分公司 河北 石家莊)

一、概況

某石化煉油廠催化裝置一中蒸汽發生器在使用過程中發生泄露，在停工檢修期間對其發生泄露的原因進行調查分析，初步找出泄露的主要原因，并確定了修復方案，管束返廠進行修復，修復后使用一段時間發生二次泄露。

二、換熱器管束泄露存在的主要缺陷

該換熱器管束在檢修期間進行返廠修復，首先對一中蒸汽發生器管束的管板、管束進行了外部宏觀檢驗，發現管板外表面布滿油污，將入口、出口兩側管板外表面進行清理，并進行PT/100%/Ⅰ檢測，發現此管束只有入口第一管程處管板與換熱管角焊縫根部、管板管橋處存在大量裂紋，有的已延伸至管板內部及換熱管上，且裂紋方向不一入口其它管程及換熱器出口側均無裂紋及其它缺陷。

三、初步分析產生泄露的原因

此換熱投入使用時間較短即發生了泄露，因此對產生泄露的原因進行了初步分析，從換熱器在廠制造及設備現場使用兩方面進行了分析。初步認為是由于設備在制造過程中，換熱管與管板焊縫存在一定的焊接殘余應力，該設備在使用過程中，換熱管板入口第一管程在高溫條件、硫腐蝕等環境下發生開裂，裂紋不斷擴展直至延伸至管板及換熱管。

四、修復方案確定及修復過程

通過多方討論研究最終確定此換熱器管束的修復方案為將第一管程的215根換熱管全部進行更換。修復的主要過程及出現的難點：

1.首先將第一管程的215根換熱管全部抽出。換熱管抽出后，發現焊接裂紋從管板外側往管板內部延伸，有個別的換熱管管壁也有延伸裂紋，仔細觀察發現，入口第一管程管板上存在大量的裂紋，而且裂紋走向不一，且較長較深。管板上裂紋的清除為重點問題，處理不當或清除不干凈，可能使整塊管板報廢。考慮到此換熱器經過使用，所以在清除管板裂紋前，為防止裂紋的再擴大延伸，對管板進行了6h-8h的消氫處理，然后在進行裂紋的清除工作。圖1為換熱管抽出后，管板上存在裂紋情況。

圖1

圖2

2.采用砂輪修磨的方法，清除管板上的所有裂紋。管板裂紋存在較多，清除較困難。圖4為裂紋清除后的管板表面。

3.管板上的裂紋清除后，對管板進行PT/100%/Ⅰ檢測,確保裂紋完全清除干凈后，方可對管板進行補焊。為減少補焊處焊接應力，提高抗裂性，避免裂紋的產生，焊接前，對第一管程管板進行150-200℃的預熱，圖3。管板補焊采用鎢極氬弧焊。

圖3

圖4

4.換熱管采用標準GB9948-2006《石油裂化用無縫鋼管》，按圖紙規定值進行逐根試壓，保證換熱管本身無泄漏，無裂紋，圖4。試壓合格后，進行換熱管的管頭處理。

5.管板補焊完成并打磨至與原管板齊平后，再次進行滲透檢測，確定無裂紋及其它缺陷后，方可進行穿管作業。

6.換熱管與管板焊接。換熱管與管板焊接嚴格按照圖紙要求進行組裝，并進行強度焊+貼脹。焊接采用管板自動焊機焊接，嚴格按照焊接工藝規定的焊接參數進行施焊。因為管板已經焊接修補過，經過很多次熱冷過程，硬度有一定的提高，因此采取了焊接前進行150-200℃的預熱，并使換熱管與管板焊接時始終保持焊接部位處于150-200℃之間，并采取合理的焊接順序，減少焊接變形。換熱管接頭全部焊接完畢后立即進行了620±20℃的焊后消除應力熱處理，減低焊縫的殘余應力。

7.熱處理后對換熱管與管板焊接接頭進行PT/100%/Ⅰ檢測，經檢測，第一管程管頭沒有裂紋的缺陷的存在，檢測合格。之后進行管頭的脹接。圖5，圖6為修補完成后的管板。

圖5

圖6

8.管束回裝，現場試壓，管束回裝后，按照規定試驗壓力進行試壓，試驗過程中，管束管頭無泄漏，試壓合格。

五、修復后的使用情況

此一中蒸汽發生器經過此次修復，沒有達到預計的使用效果，雖然修補完成后，經過試壓沒有泄漏，但是經過4個月的使用后，此臺換熱器管束再次發生了泄露，泄漏情況與第一次相同，都為入口第一管程出現裂紋導致泄露。經多方研究決定，此臺換熱器管束報廢，不具備再次修補的條件。

此臺設備管束從投入使用至失效報廢還不到一年的時間，初次泄露時相關方進行了初步的原因分析，再次泄露發生的原因應該進深一步查找，為重新制造管束防止類似情況泄露，做好預防措施。

六、防護、改進措施

此臺換熱器管束報廢，引起多方的深思與重視，因為此管束只在入口第一管程處產生裂紋的最終原因不明確，制造廠重新制作一臺換熱器管束不能保證不再發生類似情況的泄露。經過初次泄露的原因分析及查閱了其它多臺類似管束泄露的情況，筆者初步總結了防護、改進的措施。

1.設計方面是否應該結合現場使用及工藝操作情況，重新考慮設備的結構缺陷及材質是否升級問題，改變換熱管與管板的連接形式或者進行必要的材質升級，降低管板焊縫部位的殘余應力集中及操作介質腐蝕元素的影響。

2.制造廠在制造管束的過程中，管板與換熱管的焊接采用合理的焊接方法和焊接順序，并采取必要的消除應力熱處理，降低管板處焊縫的殘余應力。

3.生產使用上，嚴格執行操作工藝，改善設備工作條件。