輕烴換熱器殼體開裂原因分析

王劍宇 譚正威

關鍵詞：換熱器;殼體;開裂

1 引言

兩臺結構和參數相同的浮頭式換熱器，名稱為輕烴換熱器A和輕烴換熱器B，型號為BJS1800-2.5-930-6/25-4，壁厚20mm，封頭壁厚22mm、管箱壁厚46mm，殼程設計壓力為2.45MPa，設計溫度為200℃，工作壓力為1.84MPa，工作溫度為42℃，管程介質為循環水，殼程介質為丙烯。制造單位為某建材制作安裝有限公司，2004年5月隨新裝置投用。

輕烴換熱器A因管束內漏裝置檢修，同時計劃對輕烴換熱器B殼程進行打壓試漏，試壓壓力為2.3MPa，當水壓升壓至1.3MPa，殼體突然開裂，停止打壓。

由于兩臺換熱器的設備法蘭均由同一廠家供貨，因此對所有大法蘭均同時進行各種檢測，以便分析該法蘭的開裂原因。

2 開裂的宏觀表現

檢查發現該換熱器殼體靠近管箱側筒體法蘭（鍛件）直管段熱影響區（距焊縫3cm）部位從下至上沿整周長規則連續開裂，裂縫總長4044mm（殼體外周長為5777mm），

3 具體檢查情況及初步分析

3.1 工藝操作原因分析

3月10日氣分裝置按計劃進行停工處置，停工前該冷卻器壓力、溫度、流量等各項參數平穩，無超標現象，停工過程中嚴格執行操作規程進行降溫降壓，從操作降壓曲線可看出，壓力下降平緩，由上午10時壓力1.64MPa至下午16時壓力降至1.22MPa，未對設備造成較大沖擊。

3.2 檢修質量原因分析

輕烴換熱器B正常生產時殼程操作壓力為1.8MPa，本次檢修擬試壓2.3MPa并保壓30min。3月12日對該冷卻器殼程上水試壓，當壓力緩慢升至1.3MPa時，冷卻器殼體管箱側法蘭直筒段突然開裂，并延周向規則連續擴展至3/4圓周。裂紋位于焊縫熱影響區距焊縫2 cm，該法蘭為鍛件，打壓過程中未出現超壓現象，因試壓超壓造成殼體法蘭開裂的原因可排除。

3.3 介質腐蝕原因分析

塔頂氣相精丙烯經塔頂空冷器冷卻后，進入輕烴換熱器A/B殼程與管程循環水進行冷凝冷卻換熱，然后進入塔頂回流罐，塔頂回流罐液相精丙烯經泵輸送，一部分返回塔頂冷卻，一部分出裝置外送。輕烴換熱器B殼程介質為精丙烯，丙烯純度達99.7%，其中硫含量極低，化驗結果僅為1mg/kg（指標為小于5mg/kg），含水為80mL/m3（指標為小于500mL/m3），且從抽出管束檢查筒體內部的情況上看，內部雜質較少，殼體內部無明顯腐蝕痕跡，殼體法蘭因腐蝕開裂的原因可排除。

3.4 設備制造原因分析

換熱器解體后，從殼體內部檢查發現，開裂裂紋沿圓周上方有明顯人工補焊痕跡，此法蘭為整體鍛造，不應有焊接跡象，可斷定該鍛件出廠前存在嚴重缺陷，廠家通過焊接的方式進行了修補，產品制造的質量問題是該冷卻器筒體法蘭開裂的主要原因。

為進一步了解法蘭的材料采購、鍛造、熱處理及質量控制方面的情況， 影響法蘭原始缺陷的原因還包括以下幾點：①法蘭鍛造工藝不合適，法蘭毛坯廠業務量增大時，計算機操控的環鍛機生產較忙，法蘭毛坯成形過程采取了落后的外圓分步點壓階梯成形方法，過程繁瑣、效率低、質量難以保證;②法蘭鍛造過程控制不好，鍛造時缺乏常規的溫度控制手段，僅憑鍛造工肉眼觀測和經驗判斷，局部溫度低于820℃后，操作人員未按規定回爐加熱，仍繼續鍛造加工，導致法蘭母材部分損傷;③法蘭鍛坯正火熱處理后，缺乏常規的硬度檢測手段，無法發現法蘭硬度明顯偏高且不均勻的問題;④法蘭出廠前只對法蘭密封面及焊接坡口進行探傷檢查，未能發現其他部位可能已存在的缺陷。

4 最終原因確定

綜上所述，引起此次輕烴換熱器B故障的原因如下：

4.1 直接原因

輕烴換熱器B在檢修殼程試壓過程中，壓力逐漸升高至1.3MPa時，筒體受壓后突然開裂。

4.2 間接原因

輕烴換熱器B筒體兩側法蘭（鍛件）制造出廠時存在嚴重的缺陷，制造廠對存在缺陷的位置進行了焊接處理，但設備長期運行后，發生了疲勞規則性開裂。

4.3 管理原因

①使用單位對設備駐場監造工作的要求和執行不到位，導致存在嚴重缺陷的設備以次充好，使用多年直至損壞;②使用單位在該臺設備使用的16年期間，有倆次更換管束的經歷，但未能及時檢查出設備本體內部存在的缺陷;③大檢修期間全面檢驗檢測工作落實不到位，未能全面的、有效的檢測出設備存在的重大缺陷。

4.4 整改措施

更換輕烴換熱器A/B筒體和外頭蓋、加強設備出廠質量驗收。

5 總結與啟示

①嚴格控制法蘭在制作加工過程中的每一個環節，包括冶煉、鍛造及熱處理，加強質量監督檢查;②對法蘭可能出現應力集中部位的加工要特別注意，嚴格按照設計要求執行;③換熱器檢修抽出管束后，對筒體進行全面檢查，同時加強大檢修檢驗檢測工作。

參考文獻：

[1]陳孫藝.鍛造工藝對外頭蓋側法蘭開裂的影響[J].鍛壓技術，2008，33（4）：6-9.

[2]李慧峰.冷鐓鋼產品頂鍛開裂的機理分析及應用[J].鍛壓技術，2006，31（2）：124.

作者簡介：

王劍宇（1985- ），男，大學本科，工程師，主要從事煉油設備的管理工作，現為大慶煉化公司煉油一廠氣體分餾車間設備工程師。

譚正威（1988- ），男，大學本科，工程師，主要從事煉油設備的管理工作，現為大慶煉化公司煉油一廠氣體分餾車間設備主任。