甲醇合成工段氣氣換熱器泄漏的處理措施

陳志海(云煤能源股份有限公司， 云南 昆明 650200)

甲醇合成工段氣氣換熱器泄漏的處理措施

陳志海(云煤能源股份有限公司， 云南 昆明 650200)

本文介紹了甲醇合成工段氣氣換熱器的用途及流程，對氣氣換熱器在生產中出現的泄漏情況予以說明，并提出了解決該泄漏的方案及施工措施。經處理后，該氣氣換熱器運行情況良好，甲醇生產穩定。

氣氣換熱器；泄漏；焊接；甲醇

云煤能源師宗煤焦化工有限公司甲醇車間合成工段設置有兩臺氣氣換熱器，其作用是將進入合成塔的新鮮氣(CO、CO2、H2)由61℃預熱到220℃左右(殼程)，進入合成塔在催化劑的作用下合成甲醇氣，之后再將出合成塔的甲醇合成氣由255℃冷卻至95℃(管程)，兩臺氣氣換熱器串聯使用。其流程圖見圖1。

圖1 氣氣換熱器流程圖

圖2 填料密封放大圖

1 氣氣換熱器的技術數據

該氣氣換熱器為列管式換熱器，容器類別為二類(D2)，外型尺寸為13939×Φ1200，其主要技術數據見表1。

表1 氣氣換熱器主要技術數據

2 存在問題

氣氣換熱器B在使用近三年后，在殼側法蘭與管板密封處出現了泄漏，該處密封墊為金屬纏繞墊，規格為Φ1236×Φ1266×4.5，材質為06Cr19Ni10，金屬纏繞墊間的填充帶材料為柔性石墨，在氣體泄漏的同時，墊子的柔性石墨也不斷地被氣體帶出，沿密封面四周分布。泄漏位置見氣氣換熱器結構圖3所示。

圖3 氣氣換熱器結構示意圖

3 處理方案及可行性分析

(1)更換泄漏的金屬纏繞墊。即將泄漏的氣氣換熱器整體拆除，運至具有相關檢修資質和檢修能力的單位，抽出換熱管束，更換泄漏的金屬纏繞墊。該方案需要甲醇停產30天左右，且換熱管束長為9m，重量為14.65t，在拆裝換熱管束時，易造成部份換熱管彎曲、變形或受損；其次，該換熱管束出口與換熱器殼體脖頸處為填料密封(編織柔性石墨填料)，見圖2及圖3。該填料安裝困難，設備制造廠家是用專門夾具且未焊上部法蘭的情況下組裝好的。此方案停產時間較長，造成的經濟損失較大，且在組裝換熱管束時存在一定的難度，不確定因素及風險性較大。

(2)對泄漏的密封面進行焊接處理。該方案對泄漏的密封面進行焊接后，破壞了原有的可拆結構，將可拆的法蘭密封面變成了不可拆。但該方案停產時間短，能在較短的時間內恢復生產，且根據我公司的檢修力量，后期若換熱管束出現問題，也無法檢修，也需要返回制造廠維修，所以可拆聯接對我公司也沒有實際意義。

4 處理措施

根據方案比較及可行性分析，我公司決定采用方案2進行處理，具體的處理措施如下：

(1)對氣氣換熱器B進行泄壓，泄壓后對其管程的進出口加堵盲板，在殼程通入氮氣進行置換，直致取樣分析器內可燃氣體濃度小于0.2%(體積比)視為置換合格。

(2)焊接準備。泄漏的換熱器上法蘭材質為15CrMo，管板材質為0Cr18Ni9,這兩種母材焊接為鉻鉬耐熱剛+奧氏體耐熱鋼的焊接；15CrMo為低碳低合金耐熱鋼，具有焊接熱影響區過熱區的淬硬性及冷裂傾向，焊接時需采取一定的工藝措施，才能保證接頭質量。為確保焊接質量，公司租用了大型的履帶式陶瓷電加熱器，按30℃/h的升溫速度，將焊接部位加熱至200℃，并用保溫棉進行保溫。

焊接材料：焊條型號E309-16，牌號為A302。

另考慮到該換熱器較高，在風載荷的作用下，換熱器會產生一定的振動，這種振動會在焊接時易使焊縫出現裂紋，而在焊接殼體上法蘭與管板時，需將法蘭螺栓拆除后放能施焊，為減少換熱器振動對焊縫的影響，在拆卸法蘭螺栓進行焊接時，將上下法蘭的48個螺栓，進行了對稱的配對分號，施焊時需嚴格按順序進行拆卸及施焊，每次對稱地從小到大依次拆卸2處螺栓，每處依次拆除2顆螺栓，具體見圖4、圖5。

圖4 螺栓拆卸及施焊順序簡圖

圖5 法蘭及管板焊接示意圖

(3)將法蘭一圈對稱拆除序號1的角縫的待焊表面清理干凈。

(4)采用焊條電弧焊將序號1的角縫進行焊接。在焊接過程中角縫第一層、第二層的接頭錯開40mm～50mm。第一層焊角高度為6mm.第二層焊角高度為4mm。具體見圖5。角縫: 焊條牌號A302/φ4.0，I=130～150A U=23～25V U=14～16cm/min，焊接嚴格控制層間溫度≤100℃。

(5)將拆下的兩處即4個螺栓按原來的位置重新擰緊，按照圖4的要求再進行對稱拆卸序號2的兩處螺栓，每處依次拆除2顆螺栓。按上述第3、4條的要求進行序號2角縫焊接，然后以此類推按螺栓拆除的順序進行角縫焊接。

(6)焊接完畢及全部螺栓緊固后，用履帶式陶瓷電加熱器按40℃/h的升溫速度將焊接部位加熱至600℃，保溫6h對焊縫進行焊后熱處理。

5 結語

采用該焊接辦法，甲醇車間僅在停產3天后就恢復了生產，極大地縮短了停產時間，避免了因泄漏而造成的巨額損失；該氣氣換熱器的泄漏面焊接后投入生產使用至今一年多，未發現焊縫裂紋及泄漏現象，運行正常。

[1]史春元，于啟湛.異種金屬的焊接[M].北京：機械科工業出版社,2012:20-77.

陳志海(1975-)，男，工程師(學士)。