原料氣預(yù)熱器膨脹節(jié)裂紋故障分析及處理

李增金霍鵬飛

（陜西榆林凱越煤化有限責(zé)任公司）(陜西華電榆橫煤化工有限公司）

原料氣預(yù)熱器膨脹節(jié)裂紋故障分析及處理

李增金*霍鵬飛

（陜西榆林凱越煤化有限責(zé)任公司）(陜西華電榆橫煤化工有限公司）

介紹了煤化工裝置中原料氣預(yù)熱器的基本情況。分析了原料氣預(yù)熱器的膨脹節(jié)產(chǎn)生裂紋的原因，并采取了相應(yīng)的改進措施，取得了良好的效果。

預(yù)熱器波紋管膨脹節(jié)裂紋爆破填料密封

陜西榆林凱越煤化有限責(zé)任公司，系中國華電集團旗下華電煤業(yè)集團有限責(zé)任公司的全資子公司，是一家以煤為原料生產(chǎn)甲醇的能源化工企業(yè)，其煤制甲醇一期規(guī)模為60萬t。2015年11月29日，該公司氣化車間氣化爐B爐在投料過程中發(fā)生變換氣的CO含量大且無法調(diào)整的情況。經(jīng)取樣進行成分分析知，CO均在3%左右，超過正常值。經(jīng)過分析查找，發(fā)現(xiàn)CO含量大的原因為原料氣預(yù)熱器（設(shè)備號E1501）的波紋管膨脹節(jié)出現(xiàn)裂紋竄氣造成的。在隨后的搶修過程中，對波紋管膨脹節(jié)出現(xiàn)裂紋的原因進行了分析，并采取了相應(yīng)的措施進行改進，取得了良好的效果。

1 原料氣預(yù)熱器及其波紋管膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

該原料氣預(yù)熱器（E1501）為管殼式換熱器，其波紋管膨脹節(jié)在其進出口管線上與管程相通。該設(shè)備的技術(shù)參數(shù)如下所述。

設(shè)計壓力：管程6.9 MPa，殼程6.7 MPa；設(shè)計溫度：管程350℃，殼程480℃；操作溫度：管程242/305℃，殼程422/359.5℃；操作壓力：管程6.16 MPa，殼程6.02 MPa；介質(zhì)：管程為粗煤氣，殼程為變換氣；殼體：材質(zhì)為15CrMoR，內(nèi)徑為D=1600 mm，壁厚為65 mm；波紋管膨脹節(jié)：材質(zhì)為0Cr18Ni9，壁厚為16 mm；設(shè)備總長10 540 mm。管、殼程之間壓差超過0.98 MPa時爆破板爆破。

2 波紋管膨脹節(jié)裂紋原因分析

2.1 宏觀檢查

對開裂波紋管膨脹節(jié)進行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋長度約160 mm，裂紋寬度約3 mm，豎向開裂呈不規(guī)則階梯狀。從斷口形貌分析，裂紋是由于膨脹節(jié)在外力作用下變形斷裂形成的。對沒有開裂的部位進行表面PT檢查，發(fā)現(xiàn)部分表面有微裂紋。對膨脹節(jié)外徑尺寸、壁厚進行檢測，發(fā)現(xiàn)外徑變大，膨脹節(jié)已經(jīng)膨脹發(fā)生塑性變形，壁厚整體減薄。這樣的膨脹節(jié)若僅對裂紋進行焊接處理繼續(xù)使用，將存在安全隱患。

2.2 開裂原因分析

氣化爐投料過程中，原料氣預(yù)熱器管程進出口管線上爆破板爆破，波紋管膨脹節(jié)開裂?，F(xiàn)對其原因分析如下：

（1）投料過程中違反操作規(guī)程、誤操作，從而導(dǎo)致超壓。管程粗煤氣負荷波動較大，殼程變換氣負荷較小，導(dǎo)致管殼程之間壓差過大，超出波紋管膨脹節(jié)所能承受的強度。

（2）管、殼程之間壓差超過0.98 MPa時爆破板沒有及時爆破，爆破板爆破滯后，沒有起到保護作用，導(dǎo)致波紋管膨脹節(jié)開裂。

（3）儀表控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致超壓。

（4）爆破板選用不當(dāng)，沒有起到超壓安全泄放的作用。

（5）爆破板長期在高壓作用下產(chǎn)生疲勞損壞。

3 故障的處理

3.1 故障處理過程

考慮到波紋管膨脹節(jié)制造周期較長，企業(yè)停產(chǎn)影響經(jīng)濟效益，因此及時制定了以下方案進行搶修。選型號為覫510 mm×6 mm的不銹鋼管，長度為1850 mm，插入波紋管?？吭O(shè)備側(cè)用寬度為76 mm、厚度為6 mm的環(huán)形擋板焊接堵死，靠法蘭側(cè)能自由伸縮，即將波紋管膨脹節(jié)的作用靠現(xiàn)場制作的填料函式補償器[1]來實現(xiàn)。法蘭側(cè)不銹鋼管和波紋管環(huán)形間隙用填料密封，內(nèi)側(cè)填料環(huán)為定環(huán)，與不銹鋼管外壁固定；外側(cè)填料環(huán)為動環(huán)，可自由活動。定環(huán)和動環(huán)之間加裝填料，用M10×60的六角頭螺栓20個均布連接，擰緊螺栓時動環(huán)向靜環(huán)移動，將填料壓緊在不銹鋼管和波紋管環(huán)形腔之間。由于填料是彈塑性體，當(dāng)受到軸向壓緊力時還產(chǎn)生徑向壓緊力，使填料緊貼不銹鋼管外壁表面和波紋管內(nèi)壁表面。由于不銹鋼管外壁表面和波紋管內(nèi)壁表面總有些粗糙，其與填料只能是部分貼合，部分未接觸，這就形成無數(shù)個迷宮，從而起到密封作用。當(dāng)帶壓介質(zhì)通過這些表面時，介質(zhì)被多次節(jié)流，憑借著“迷宮效應(yīng)”而達到密封。

膨脹節(jié)故障處理示意圖如圖1所示。

圖1 膨脹節(jié)故障處理示意圖

3.2 處理結(jié)果

根據(jù)以上方案對膨脹節(jié)進行了緊急搶修，從2015年12月4日起使用至今，累計運行近7個月，運行狀態(tài)良好。實踐證明，類似該波紋管膨脹節(jié)的故障，完全可以用此方法進行緊急處理，這樣可確保裝置連續(xù)安全穩(wěn)定運行，贏得經(jīng)濟效益。

4 預(yù)防措施

原料氣預(yù)熱器出現(xiàn)此類事故是非常危險的。為了避免此類事故再次發(fā)生，可采取如下預(yù)防措施。

（1）嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，平穩(wěn)操作。

（2）加強培訓(xùn)，提高操作人員對設(shè)備結(jié)構(gòu)性能的認識水平，做到熟練控制。

（3）強化重要設(shè)備管理，實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，確保設(shè)備安全長周期穩(wěn)定運行。

[1]原學(xué)禮.化工機械維修管鉗工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

Analysis and Processing of Crack Fault in Expansion Joint of Feed Gas Pre-heater

Li Zengjin Huo Pengfei

The basic situation of feed gas pre-heater used in coal chemical industry devices was introduced. The causes of cracks in the expansion joints of the feed gas pre-heater were analyzed,the corresponding improvement measures were taken and good results were obtained.

Pre-heater;Bellows;Expansion joint;Crack;Blasting;Packing seal

TQ 053.6

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.02.015

2016-07-13）

*李增金，男，1968年生，碩士，工程師。榆林市，719000。