立式换热器更换新管束和膨胀节的检修管控

南哲（神华鄂尔多斯煤制油分公司催化重整装置，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

立式换热器更换新管束和膨胀节的检修管控

南哲（神华鄂尔多斯煤制油分公司催化重整装置，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

分析了立式换热器的结构特征，详细阐述了检修过程中质量要求和质量控制的具体情况，使设备在检修完毕后能够正常运行。

立式换热器;结构特点;检修管控

立式换热器具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、系统压降小等特点，被广泛应用于催化重整装置中，它的工作条件非常苛刻，不仅属于高温临氢设备，在原料油中含有硫、氮、氧、氯等化合物，这些杂质的存在造成设备的腐蚀，特别是对换热设备管束腐蚀比较厉害。为了确保装置长周期安全稳定生产，在停工大检修期间，针对已投用10年的立式换热器解体检查，并更换了管束及膨胀节。立式换热器存在着检修和清理相对困难的特点，本次检修中采取了一系列的质量保证措施。

1 立式换热器结构特点及主要参数

该立式换热器主要由壳体、管束、管箱、浮头椎体、下部壳体等几部分组成，主要特点是管束为固定管板+浮动管板形式；固定管板与壳体焊接为一体；浮动管板通过钩圈与浮动椎体相连；钩圈外径大于壳体内径的形式。

立式换热器的结构示意图见图1，有关主要参数如表1所示。

图1 立式换热器结构示意图

表1 立式换热器的主要参数

2 立式换热器的检修

2.1 拆除管、壳程出入口法兰连接。

2.2 将管程入口处膨胀节顶部的连接螺栓全部拆除，使浮动椎体与下部壳程脱离。

因设备结构特殊性，工艺吹扫完后的下部壳体存油只能通过下部壳体排凝管排净，在做这个措施时，务必加以判断此排凝管是否堵塞，排凝管微漏时误认为全部排净存油，当松动连接栓时，存油会通过浮动锥体和下部壳程之间密封往外漏油，导致施工安全隐患。

2.3 拆除下部壳体和壳体法兰螺栓，将下部壳体拆卸。

检修的难点是更换膨胀节和更换管束（管板是焊接在壳体和管箱之间的结构）情况下如何保证管程总长度（管束+浮头锥体）与设计值一样。管、壳程密封是通过下部壳体和浮头锥体之间的两道密封（使用缠绕垫，厚度4.5mm），防止管、壳程介质互窜，但是缠绕垫压紧量有限，切按设计要求回装时膨胀节不能受力，拆卸下部壳体之后需要做一系列大量细致测量工作。在此做了以下测量：1）壳体下法兰到钩圈间隙；2）壳体下法兰到浮头锥体下法兰的总长度；3）浮头锥体水平度；4）壳体下法兰到管束浮动管板之间的间隙；5）浮动锥体的上、下法兰间总长度。因为此利旧换热器使用时间长，测量数据跟设计值会有所出入。但是通过利旧设备测量数据和图纸设计数据的共同掌握分析，才对更换新膨胀节和新管束检修有更大的把握。

2.4 拆除钩圈与浮动管板螺栓，将浮动椎体拆卸。

浮头锥体的上法兰没有方向，是使用钩圈与管束浮动管板连接，因为下部壳体长度大于浮头锥体长度，所以浮动锥体下法兰与下部壳体的下法兰连接后怎么确保下部壳体出口法兰与管道法兰对应是检修难点之一，并且更换膨胀节之后保证浮头锥体水平度也是检修难点，因为水平度的偏差，使浮动锥体的密封凸面压紧不到下部壳体的密封凹面处的垫片，解决以上问题，要做详细的设备部件方向性标识工作。

2.5 拆卸浮头椎体分配盘，检查内部腐蚀、结垢情况。

2.6 切割浮头椎体的膨胀节。

首先新膨胀节与旧膨胀节对照，测量检测数据，并记录好长短偏差。

更换新膨胀节回装后，浮头椎体上下法兰成一体的，所以注意新膨胀节回装前做好方向标识。

利旧膨胀节务必在原浮头椎体焊口后处切割，切割后的短节及新膨胀节端口需要按设计图纸要求打磨处理。

2.7 切割固定管板，使固定管板与壳体和管箱脱离。

利用半自动管道切割机（可生成较好的坡口面）在原来的固定管板上下焊口全部切割。实际工作如下：1）切割前管箱出口法兰处挂两条螺栓，防止固定管板被切割之后管箱偏移，产生隐患；2）固定管板上的排气口与半自动管道切割机的切割路线挡碍，需切割；3）固定管板切割前在上下焊口处画水平线，并测量数据，以保证回装新管束后换热器管、壳程总长度不变；4）为了保证管箱出口法兰与管道法兰的垂直度对齐，固定管板的四边画垂直线；5）施工过程中切割固定管板上下两道焊口时在壳程入口管线处半自动管道切割机路线被挡住，约有30公分距离需手动电弧焊切割。

2.8 吊装管箱和管束

使用250吨吊车把管箱缓慢放置在地面，需侧放，因为管箱短节处需按设备图纸设计要求打磨坡口处理。

对管束进行吊装前，先在固定管板处焊2个吊耳，PT合格后吊装使用，本次检修中准备的吊耳材质为20#钢，此管板材质为15CrMo，所用焊条选定为J507。

吊装管束过程中，应随时观察吊装重量的变化，若发现吊装重量突然增大时，应检查浮动管板或管束是否与壳体内壁摩擦，在采取必要措施后，方可继续作业，本次起吊过程比较顺利，未发生有大的摩擦。

2.9 壳体的切口和新管束固定管板做坡口打磨处理。

2.10 回装新管束。

新管束运至现场后使用沉木垫在管束的滑道和折流板处平放。

新管束固定管板需焊接4个吊耳，PT合格后吊装使用。吊装管束回装时不得受压，吊装钢绳用专业的保护套保护，防止管束摩擦破损。

新管束缓慢放入壳体中，当固定管板接近壳体时垫4块钢板，按设计要求保证预留坡口焊接间隙无误，垫板间隙通过测量管束浮动管板和壳体下法兰间距，可以微调，保证回装管束的总长度与设计值要一致，并且确保管束的水平度，间隙定位好之后固定管板和壳体的四角点焊，吊车吊钩可以去掉。

2.11 固定管板与壳体焊接。

2.1 1.1固定管板与壳体焊接，氩弧焊打底，应做好防风、防水措施。

2.1 1.2固定管板材质为15CrMo，壳体材质为14Cr1Mo，焊接评定分析，焊丝选定H13GrMoA、焊条选定R307，此焊条烘干温度为350℃×1h。氩弧焊打底使用2mm焊丝，打底两层，按设计要求厚度为3mm，焊条电弧焊使用4mm，覆盖4-5层。

2.1 1.3氩弧焊打底、焊接时做好消氢处理，有两种方法，一是加电热毯加热；二是气焊加热，本次检修使用后者方法，通过测温枪测量保证消氢温度不低于200℃。

2.1 1.4焊接完成后安排做热处理，采用电加热带进行加热，按热处理规范和洛阳院设计综合要求评定，以200℃/h温升加热温度到400℃，再以130℃/h升温速度加热到680℃，保温4h，然后以170℃/h速度降温至400℃后自然冷却。热处理时加热区的部位（每侧保温宽度不少于300mm）覆盖矿砂棉进行保温。本次热处理使用智能型温控仪（温控范围：0-1000℃、电压：220V、功率：60KW）。

2.1 1.5热处理完成后对焊口进行UT、PT和硬度检测，焊接质量均符合焊接规范和洛阳院设计要求。

2.12 固定管板和壳体焊接后再次测量浮动管板和壳体下法兰距离，以记录焊前、焊后的管束伸缩量变化比对，留经验数据，为了下一步膨胀节焊接提供事实数据。最终目的就是保证管程（管束+浮动锥体）总长度要达到设计值。

2.13 壳程试压。

2.1 3.1提前准备好打压工装，使用石棉板做临时密封垫片。

2.1 3.2紧固工装螺栓，压紧工装石棉绳，防止泄漏。

2.1 3.3打压工装设置注水孔，开始注水，从固定管板的排气管排气，水充满壳体之后使用打压泵升压，因更换新管束，要确保壳体新焊口无泄漏，此次试压做强度密封试验，试验压力为壳程设计压力的1.25倍，稳压1小时，进行全面检查。

2.14 回装管箱。

壳程打压检查无泄漏之后可回装管箱。

2.1 4.1固定管板与管箱焊接，氩弧焊打底，应做好防风、防水措施。

2.1 4.2固定管板材质为15CrMo，管箱材质为15CrMo，焊接评定分析，焊丝选定H13GrMoA、焊条选定R307，此焊条烘干温度为350℃×1h。氩弧焊打底使用2mm焊丝，打底两层，按设计要求厚度为3mm，焊条电弧焊使用4mm，覆盖4-5层。

2.1 4.3氩弧焊打底、焊接时做好消氢处理，有两种方法，一是加电热毯加热；二是气焊加热，本次检修使用后者方法，通过测温枪测量保证消氢温度不低于200℃。

2.1 4.4焊接完成后安排做热处理，采用电加热带进行加热，按热处理规范和洛阳院设计综合要求评定，以200℃/h温升加热温度到400℃，再以130℃/h升温速度加热到680℃，保温4h，然后以170℃/h速度降温至400℃后自然冷却。热处理时加热区的部位（每侧保温宽度不少于300mm）覆盖矿砂棉进行保温。本次热处理使用智能型温控仪（温控范围：0-1000℃、电压：220V、功率：60KW）。

2.1 4.5热处理完成后对焊口进行UT、PT和硬度检测，焊接质量均符合焊接规范和洛阳院设计要求。

2.15 壳程试压结束后对浮动管板和壳体下法兰间隙再次测量，一是通过试压前后的管束伸缩数据变化，可以预判下一步管程试压后管束伸缩变化提供良好的经验数据。二是测量管束整体水平度，确保浮头锥体密封凸面正确的压到下部壳体密封凹面处。

2.16 通过第3.12条施工步骤和第3.15条施工步骤的记录数据分析，对下一步浮头锥体的新膨胀节安装能做出相应的调整，确保管程总长度（管束+浮头锥体）和水平度都达到设计要求。

2.17 浮头锥体组装新膨胀节。

2.1 7.1首先组装浮动锥体的锥筒和新膨胀节，锥筒的材质为16Mn，新膨胀节骨架材质为20#钢，要求氩弧焊打底，再用焊条电弧焊。焊前做好消氢处理，氩弧焊丝选用H10MnSi，焊条选用J507，焊条烘干温度为350℃×2h。

2.1 7.2吊装浮头锥体短节前在新膨胀节骨架处点焊3块钢板，防止短节吊装后自身重力对新膨胀节受压变形。

2.1 7.3组装浮头锥体短节时一边焊接一边测量数据，有误差及时调整，以达到预期目标。短节的材质为20#钢，新膨胀节骨架材质为20#钢，要求先氩弧焊打底，再焊条电弧焊。焊前做好消氢处理，氩弧焊丝选用H08MnA，焊条选用J427，焊条烘干温度为350℃×2h。

2.18 回装浮头锥体。

2.1 8.1通过测量数据，反复微调钩圈旋转方向，保证浮头锥体法兰和浮动管板法兰对齐后，防止下一步回装下部壳体时本体法兰和管线法兰对齐的情况下，出现下部壳体与浮头椎体螺栓对不齐的情况。

2.1 8.2浮头锥体组装后在新膨胀节点焊的钢板去掉。

2.1 8.3新膨胀节上下焊口做UT、PT检测，无损检测合格后方可做下一步管程打压。

2.19 管程试压。

2.1 9.1将新膨胀节的拉杆螺母拧到极限位置，按设计要求以免管程试压时膨胀节受力拉坏。

2.1 9.2浮头锥体下法兰安装打压盲板，开始注水，从管箱管程出口处排气，管程充满水后使用打压泵升压，本次检修因更换新膨胀节和新管束，为了检验新焊口合格，做强度密封试压试验。试验压力是按设计要求的1.1MPa，稳压1小时，全面检查。

2.1 9.3试压合格后管程排水，排水时注意管程出口的临时盲板抽出，防止管程抽空损坏。

2.1 9.4试压水排净后新膨胀节的拉杆螺母拧到初始位置，按设计要求检修后新膨胀节不能受力。

2.1 9.5管程试压结束后对管程（管束+浮头锥体）总长度和水平度做最后一次的复测数据。在本次实际检修中，各项指标已全部达到设计值。

2.20 回装下部壳体。

回装前应确保下部壳体下法兰双密封面和上法兰一个密封面完好，并更换新垫片。

2.21 整体试压。

按总图组装好以后，按设计要求做整体试压，将管程和壳程同时升压，但任意瞬间管程和壳程压差始终不超过1.1MPa（膨胀节水压试验最大值），管程从下部壳体入口法兰安装试压盲板，注水升压，壳程从下部壳体排凝口处注水升压，当管程压力升至3.37MPa，壳程压力升压至2.27MPa，稳压1小时，进行全面检查。

2.22 回装管、壳程出入口法兰连接。

3 结语

（1）立式换热器检修后，于2014年6月5日投用至今，运行正常，证明此次检修是成功的；

（2）此次检修结构复杂的立式换热器，不仅进行了大胆的、有益的尝试，突破诸多技术难关，而且从根本上消除了装置存在的隐患；

（3）此次立式换热器检修成功，对行业内同类问题的处理，具有一定的借鉴意义。

[1]全国压力容器标准化技术委员会.钢制管壳式换热（GB151-2014).中国质检出版社.2014.

[2]化工设备设计全书编辑委员会编.换热器设计.化学工业出版社.2003.

[3]《热处理手册》编委会.热处理手册.机械工业出版社.1997.

[4]秦叔经，叶文帮等编.换热器.化工工业出版社.2002.