原料气预热器膨胀节裂纹故障分析及处理

李增金霍鹏飞

（陕西榆林凯越煤化有限责任公司）(陕西华电榆横煤化工有限公司）

原料气预热器膨胀节裂纹故障分析及处理

李增金*霍鹏飞

（陕西榆林凯越煤化有限责任公司）(陕西华电榆横煤化工有限公司）

介绍了煤化工装置中原料气预热器的基本情况。分析了原料气预热器的膨胀节产生裂纹的原因，并采取了相应的改进措施，取得了良好的效果。

预热器波纹管膨胀节裂纹爆破填料密封

陕西榆林凯越煤化有限责任公司，系中国华电集团旗下华电煤业集团有限责任公司的全资子公司，是一家以煤为原料生产甲醇的能源化工企业，其煤制甲醇一期规模为60万t。2015年11月29日，该公司气化车间气化炉B炉在投料过程中发生变换气的CO含量大且无法调整的情况。经取样进行成分分析知，CO均在3%左右，超过正常值。经过分析查找，发现CO含量大的原因为原料气预热器（设备号E1501）的波纹管膨胀节出现裂纹窜气造成的。在随后的抢修过程中，对波纹管膨胀节出现裂纹的原因进行了分析，并采取了相应的措施进行改进，取得了良好的效果。

1 原料气预热器及其波纹管膨胀节的结构和参数

该原料气预热器（E1501）为管壳式换热器，其波纹管膨胀节在其进出口管线上与管程相通。该设备的技术参数如下所述。

设计压力：管程6.9 MPa，壳程6.7 MPa；设计温度：管程350℃，壳程480℃；操作温度：管程242/305℃，壳程422/359.5℃；操作压力：管程6.16 MPa，壳程6.02 MPa；介质：管程为粗煤气，壳程为变换气；壳体：材质为15CrMoR，内径为D=1600 mm，壁厚为65 mm；波纹管膨胀节：材质为0Cr18Ni9，壁厚为16 mm；设备总长10 540 mm。管、壳程之间压差超过0.98 MPa时爆破板爆破。

2 波纹管膨胀节裂纹原因分析

2.1 宏观检查

对开裂波纹管膨胀节进行现场检查，发现裂纹长度约160 mm，裂纹宽度约3 mm，竖向开裂呈不规则阶梯状。从断口形貌分析，裂纹是由于膨胀节在外力作用下变形断裂形成的。对没有开裂的部位进行表面PT检查，发现部分表面有微裂纹。对膨胀节外径尺寸、壁厚进行检测，发现外径变大，膨胀节已经膨胀发生塑性变形，壁厚整体减薄。这样的膨胀节若仅对裂纹进行焊接处理继续使用，将存在安全隐患。

2.2 开裂原因分析

气化炉投料过程中，原料气预热器管程进出口管线上爆破板爆破，波纹管膨胀节开裂。现对其原因分析如下：

（1）投料过程中违反操作规程、误操作，从而导致超压。管程粗煤气负荷波动较大，壳程变换气负荷较小，导致管壳程之间压差过大，超出波纹管膨胀节所能承受的强度。

（2）管、壳程之间压差超过0.98 MPa时爆破板没有及时爆破，爆破板爆破滞后，没有起到保护作用，导致波纹管膨胀节开裂。

（3）仪表控制系统故障导致超压。

（4）爆破板选用不当，没有起到超压安全泄放的作用。

（5）爆破板长期在高压作用下产生疲劳损坏。

3 故障的处理

3.1 故障处理过程

考虑到波纹管膨胀节制造周期较长，企业停产影响经济效益，因此及时制定了以下方案进行抢修。选型号为覫510 mm×6 mm的不锈钢管，长度为1850 mm，插入波纹管。靠设备侧用宽度为76 mm、厚度为6 mm的环形挡板焊接堵死，靠法兰侧能自由伸缩，即将波纹管膨胀节的作用靠现场制作的填料函式补偿器[1]来实现。法兰侧不锈钢管和波纹管环形间隙用填料密封，内侧填料环为定环，与不锈钢管外壁固定；外侧填料环为动环，可自由活动。定环和动环之间加装填料，用M10×60的六角头螺栓20个均布连接，拧紧螺栓时动环向静环移动，将填料压紧在不锈钢管和波纹管环形腔之间。由于填料是弹塑性体，当受到轴向压紧力时还产生径向压紧力，使填料紧贴不锈钢管外壁表面和波纹管内壁表面。由于不锈钢管外壁表面和波纹管内壁表面总有些粗糙，其与填料只能是部分贴合，部分未接触，这就形成无数个迷宫，从而起到密封作用。当带压介质通过这些表面时，介质被多次节流，凭借着“迷宫效应”而达到密封。

膨胀节故障处理示意图如图1所示。

图1 膨胀节故障处理示意图

3.2 处理结果

根据以上方案对膨胀节进行了紧急抢修，从2015年12月4日起使用至今，累计运行近7个月，运行状态良好。实践证明，类似该波纹管膨胀节的故障，完全可以用此方法进行紧急处理，这样可确保装置连续安全稳定运行，赢得经济效益。

4 预防措施

原料气预热器出现此类事故是非常危险的。为了避免此类事故再次发生，可采取如下预防措施。

（1）严格执行操作规程，平稳操作。

（2）加强培训，提高操作人员对设备结构性能的认识水平，做到熟练控制。

（3）强化重要设备管理，实时掌握设备运行状态，确保设备安全长周期稳定运行。

[1]原学礼.化工机械维修管钳工艺[M].北京：化学工业出版社，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，硕士，工程师。榆林市，719000。