4118-K1U1E1 油冷器內漏原因分析及處理措施

王小輝

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

中國石油寧夏石化分公司化肥一廠合成氨裝置建成于1988 年，設計能力為日產合成氨1 000 t，年產合成氨30 萬t，壓縮裝置設計為四臺離心式壓縮機空氣壓縮機（4111-K1）、氮氣壓縮機（4111-K2）、合成氣壓縮機（4117-K1）、氨氣壓縮機（4118-K1），2003 年裝置油改氣后增加了天然氣壓縮機（4112-K1）。4118-K1U1E1 是氨氣壓縮機（4118-K1）的一臺油冷器，油泵運轉起來，將油箱內的透平油送人該油冷器殼程，經過冷卻的透平油到油濾器進行過濾，再到壓縮機的各個潤滑點，最后回到油箱，透平油循環運行（見圖1）。

圖1 透平油流程圖

4118-K1U1E1 油冷器是上述工藝流程中的主要輔助設備，一旦發生故障或泄漏，直接影響和威脅氨氣壓縮機（4118-K1）的安全運行，并導致裝置全面停車。

1 設備參數

4118-K1U1E1 油冷器是氨氣壓縮機的一臺輔助設備，管程內走的是壓力0.6 MPa 的循環水，管外殼程走的是壓力為2.0 MPa 的透平油。具體參數（見表1）。

表1 參數表

4118-K1U1E1 油冷器在運行過程中，出現內漏，并且泄漏的程度越來越嚴重，不但影響了裝置的長、滿、優運行，而且影響到裝置的安全穩定運行和節能環保等工作。在2013 年10 月化肥一廠裝置大檢修期間，對該換熱器進行了解體檢修。分析換熱器泄漏原因，找出對策，是處理換熱器內漏的重要舉措。

2 泄漏原因分析

該換熱器是O 型環函式換熱器，兩管板中一側與法蘭通過螺栓固定連接，另一側類似于浮頭，管板與殼體間隙處通過O 型環密封，可作一定量的移動。此設備的特點是結構較簡單、加工、制造、檢修、清洗較方便，但O 型環處易產生泄漏。O 型環函式換熱器適應壓力和溫度都不高，非易燃、難揮發的介質傳熱。

2.1 管子的振動

O 型環函式換熱器中管子產生振動是一種常見故障。引起振動的原因有：管束與泵、壓縮機產生的共振；由于流速、管壁厚度、折流板間距、管束排列等綜合因素的影響而引起的振動；流體橫向穿過管束時產生的沖擊等。如振動現象嚴重，可能產生的結果有：相鄰管子或管子與殼體間發生碰撞；使管子殼殼壁受到磨損而開裂；管子撞擊折流板而切斷；管端與管板連接處松動而發生泄漏；管子發生疲勞破壞；增大殼程流體的流動阻力等。

2.2 管壁積垢

由于換熱器操作中所處理的流體，有的是懸浮液，有的夾帶有固體顆粒，有的粘結物含量高，有的還有泥沙、藻類等雜質。隨著使用時間的延長，在換熱器的內外表面上會產生積垢。積垢引起的故障有：總導熱系數下降，傳熱效率降低；使換熱管的管徑，因積垢而減小，使得流體通過管內的流速增加，造成壓力損失增大；積垢導致管壁腐蝕，腐蝕嚴重時造成管壁穿孔，兩種流體混合而破壞正常操作。

2.3 管子的泄漏

管子發生泄漏的事故較多，主要原因是介質的沖刷引起的磨損，導致管壁破裂；介質或積垢腐蝕穿孔；管子振動引起管子與管板連接處泄漏。

2.4 O 型環處泄漏

因介質沖刷導致管板密封面或封頭O 型環槽腐蝕，起不到密封的作用，出現內漏現象，此種泄漏方式是此類換熱器最常見的一種泄漏方式。

3 處理對策

3.1 拆卸檢查分析

為了降低檢修工作量，首先將換熱器法蘭螺栓連接處的管箱平蓋拆卸，拆卸完后，經檢查發現，換熱器管束未有腐蝕等表面不良現象，經研究討論，投用換熱器管程冷卻水，保壓2 h，發現封頭O 型環處密封面有水泄漏，初步判斷O 型環處密封面起不到密封作用，將管箱法蘭打開后檢查發現，換熱器浮頭側管板外圓、封頭管箱與O 型環密封處腐蝕嚴重，無法起到密封作用。

3.2 換熱器芯子浮頭側管板密封面補焊及加工

4118-K1U1E1 換熱器管板材質是S25C，是日本JIS 標準中的牌號，相當于國標的25 鋼，含碳量小于1.35 %，除鐵、碳和限量以內的硅、錳、磷、硫等雜質外，不含其他合金元素的鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。為了確保管板焊接變形，采用H1Cr24Ni13，φ2.0 的焊絲進行補焊，焊接電流110 A～115 A，焊接速度50 mm/min。補焊高度沿管板圓周方向和管束側高出5 mm（見圖2），補焊完后進行加工，根據現場測量殼側實際尺寸，確保換熱器芯子抽裝和O 型環的密封，換熱器管板加工尺寸至φ376 mm（見圖3），達到和設備相互配合間隙。

圖2

圖3

3.3 換熱器管箱密封面補焊及加工

4118-K1U1E1 換熱器管箱O 型環槽已全部腐蝕，O 型環無法固定，處理方法是將腐蝕槽全部堆焊，因封頭材質是S25C，是日本JIS 標準中的牌號，相當于國標的25 鋼，采用A302，φ3.2 焊條進行補焊，焊接電流105 A～110 A，焊接速度50 mm/min。沿封頭管箱O 型環槽圓周方向整體堆焊，堆焊高度超出封頭管箱外密封面3 mm，堆焊完后，將封頭管箱O 型環槽和外密封面進行加工處理，對策是將O 型環槽靠近法蘭側改成斜角，封頭管箱隨著封頭法蘭螺栓的緊固，O 型環和換熱器管板的密封處壓力也隨著增大，促使密封效果更好。因O 型環的直徑是φ8 mm，考慮到O 型環的壓縮量，加工尺寸為，管箱O 型環槽內徑加工尺寸是φ376.5 mm，O 型環槽深6.5 mm，槽底部直徑φ389 mm，槽上部直徑φ391 mm，因管箱外密封面表面出現腐蝕，再加上補焊O 型環槽時對外密封面局部有損傷，將管箱法蘭螺栓連接處和外密封面整體加工0.4 mm，達到和設備相互配合間隙，加工完的管箱密封面（見圖4），O 型環槽加工尺寸（見圖5）。

圖4

圖5

3.4 補焊注意事項

（1）首先用氧-乙炔火焰烘干補焊周圍的油和水跡，再用砂輪機或拋光機將補焊區域進行打磨，將上面的銹蝕處理干凈，直至打磨處金屬光澤為止，并不應有縱向刻痕、凹陷、斑點及銹蝕等缺陷。

（2）電焊工必須持證上崗，對該項工作的焊接工序清楚熟練。

（3）采用A302，φ3.2 焊條進行補焊封頭O 型環槽時，使用前高溫烘干，烘干溫度150 ℃，保溫時間1 h，然后放入到電焊條保溫桶內，隨取隨用。

（4）利用手工烏極氬弧焊補焊換熱器管板時，應注意起弧點和收弧點的位置，防止出現凹陷和咬邊現象，切記電弧碰及附近管束端。

（5）為防止飛濺對換熱器其它位置的沾粘，應做好防護措施。

3.5 檢修完試壓

將加工完的換熱器芯子按照要求回裝到位，換熱器芯子管板浮頭側內外安裝上φ8 mm 的O 型環，確保O 型環安裝到位后，在封頭管箱上粘貼上4 mm 后的石墨復合墊片，立即均勻對稱緊固管箱法蘭螺栓。

3.5.1 殼程試壓 利用殼側0.6 MPa 的冷卻水對換熱器殼程沖壓查漏，當壓力升至0.6 MPa 時，保壓2 h，經機動處、車間和檢修技術員檢查，管束和浮頭O 型環密封面處未出現漏點，殼程試壓合格。

3.5.2 管程試壓 換熱器兩側封頭管箱大蓋回裝完成后，利用試壓泵在管箱導淋處給換熱器管程緩慢打壓，當壓力升至設計壓力3.0 MPa 后，觀察10 min，無異常后，繼續升壓至設計壓力的1.25 倍（3.75 MPa），保壓30 min，經機動處、車間和檢修技術員檢查，壓力表無壓降，管程試壓合格。

4 結論

通過對內漏原因認真分析，對檢修過程中發現的問題，按照檢修深度和施工方案要求，進行補焊及機械加工處理，將封頭管箱O 型環槽改進成斜角，確保了良好的密封效果，4118-K1U1E1 自從2013 年10 月檢修后，運行過程很平穩，透平油未出現泄漏，保證了一化肥裝置安全穩定高負荷運行和節能環保等工作，取得了良好的經濟效益和社會效益。

［1］ 王勇.換熱器維修手冊［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［2］ 王紹良.化工設備基礎［M］.北京：化學工業出版社，2002.

［3］ 年產30 萬噸合成氨裝置動設備圖紙［R］.寧夏化工廠合成車間，1986.