合成塔進出口換熱器換熱管試壓泄漏問題探討

楊益民，李智慧，袁冰蓉

（中國石化上海高橋石油化工有限公司，上海 200137）

0 引言

合成塔進出口換熱器是合成氨裝置核心設備，屬超長型固定管板換熱器，以某公司制造的換熱管長度20 m的合成塔進出口換熱器換熱管試壓泄漏問題為例，進行分析探討。

1 設備概況

合成塔進出口換熱器屬于固定管板換熱器（圖1），殼程筒體Φ1300 mm×110（80）mm/Φ1620 mm×110 mm（14Cr1MoR）；管程筒體Φ1330 mm×90 mm（14Cr1MoR）；換熱管Φ14 mm×2 mm×20 000 mm（15CrMo），共計3006 根；管板（14Cr1Mo Ⅳ）；換熱管與管板的連接方式為強度焊+強度脹。

圖1 換熱器結構示意

2 問題

合成塔進出口換熱器在管頭焊接完畢、脹接完成后，進行殼程水壓試驗。充水后還未到升壓階段時即發現有水從38 根換熱管內部泄漏出來，當即對此38 根換熱管進行更換處理并重新脹接，然后再次對殼程進行水壓試驗。當試驗壓力升到3.85 MPa時，發現99 根換熱管存在泄漏，其中31 根兩端都出現泄漏，78根換熱管在管板Ⅰ側出現泄漏，52 根換熱管在管板Ⅱ側出現泄漏，用堵頭對其進行堵焊（圖2），然后再對殼程進行氣密性試驗。當試驗壓力升到2.0 MPa 時，發現31 根換熱管存在泄漏，其中1 根兩端都有泄漏，11 根換熱管在管板Ⅰ側出現泄漏，21 根換熱管在管板Ⅱ側出現泄漏。

圖2 用堵頭堵漏的換熱管

3 原因分析

對管板機加工質量進行核查，管孔粗糙度、脹槽尺寸符合圖紙要求。脹接操作（脹接設備、脹頭尺寸、脹接壓力）符合脹接工藝要求。對發生泄漏的換熱管進行各項檢查后發現：

（1）換熱管化學成分、金相組織、縱向力學性能、硬度均合格，說明冶金質量沒有問題。

（2）對泄漏換熱管進行剖切和渦流檢查，發現換熱管近管端內側存在折疊、軋折等缺陷，其缺陷在管的制造過程中產生，有缺陷的管在后續的檢驗中未能檢出（據了解其換熱管供貨商對Φ14×2 mm 成品管沒有進行渦流檢測和超聲檢測，只進行了逐根水壓試驗。

（3）由于換熱管廠拉拔長度能力有限，為保證成品換熱管的長度尺寸，換熱管拉拔后兩頭端部去除的部分較少，是端部缺陷未能去除的重要原因。

（4）在強度脹接時，由于受到脹接應力的強烈作用，致使折疊、軋折等缺陷處成為裂紋源，在脹接應力的作用下，缺陷處被撕裂、延伸，嚴重的裂紋會延伸至換熱管外表面，造成水壓時泄漏。見圖3、圖4。對此，重新采購換熱管，并對缺陷換熱管進行更換。重新組裝、焊接、脹接，共耗時近4 個月，返修合格。

圖3 夾在裂紋中的破裂液壓脹袋殘留

圖4 對缺陷管靠近管頭端部剖切檢查

4 總結

（1）對超長的鉻鉬鋼換熱管一定要有專用的材料采購規格書，應明確主要技術指標，如材料標準、壁厚偏差、直徑偏差、不圓度、彎曲度、化學成分、制造方法、供貨狀態、力學性能、硬度要求、顯微組織、晶粒度、表面質量、檢驗和試驗項目、試驗和取樣方法、取樣數量等。

（2）預防為主，加強換熱管驗收。例如本次共發現70 根換熱管不合格，其中35 根泄漏（裂紋），占總數的1.155%（共發貨3030 根），當時就應引起足夠的重視，增加見證環節或檢驗項目。

（3）對特殊換熱設備的換熱管與管板之間的焊接工藝規程（含評定）和脹接工藝規程（含評定）進行審查，對評定過程進行現場見證，確保焊接參數及脹接參數的合理性和準確性。

（4）對換熱管與管板之間的脹接過程進行控制，繪制管孔脹接簡圖并標注。