缠绕管式换热器泄漏修复

包永祥 刘倍倍

中原大化集团公司 河南濮阳市

一、缠绕管式换热器概述

缠绕管换热器是一种高效换热设备，广泛用于工业深冷，集团公司使用的深冷氢回收装置11E001再生预热器即为缠绕管式换热器，其特殊的结构和苛刻的工作条件给检修带来很大困难。换热器采用法国液空公司的专利技术，为双联管缠绕结构，分别走净化后的尾气和富氢气。换热管在芯筒与外壳之间的空间内按螺旋线形分层缠绕、相互间隔，缠绕方向及流向相反，层间以2mm厚20mm宽的铝带隔开；两种气体分别在上下共8个管箱内进入、汇合。燃料气走中间芯筒。换热器的结构和流程见图1。

图1 换热器结构和流程

整台换热器结构紧凑，单位容积传热面积比较大，每立方米传热面积为58.82m2，同时，传热强度大，传热系数高，流体在螺旋管内流动会形成二次环流，强化了换热效果，相当于同体积换热器换热效果的近10倍。换热器各部分所用材料见表1。

表1 换热器各部分材料表

二、泄漏情况的确定

1.事故的发现

设备在正常工艺操作下，负荷为22km2/h，入冷箱尾气含氢为62%，出冷箱燃料气含氢为16%～20%。当运行中燃料含氢突然升高，且确定HV11002、TV11006处于关闭状态无泄漏，即可初步确认高压侧管子泄漏。此次泄漏事故中，燃料气中氢的含量达到40%。进一步证实判断方法的正确性。

2.泄漏系统确认

割下相关连接管线以及上、下所有管箱，分别将尾气、氢以及燃料气出入口总管法兰盲死，使设备与系统隔离。在壳侧接仪表空气（0.5MPa），观察观察各系统压力表指示，如果某系统有压力形成则证明该系统存在泄漏。此次泄露为氢系统泄露

3.泄漏位置确认

在氢系统相应管箱管口抹肥皂水试漏，将冒泡的管子做标记。之后在上管箱做记号的管中分别注水，下管箱中有水流出的管口即为其对应下管口，并判断该管泄漏；如果某标记上管口未发现对应的下管口，则判断该管为断管。经试压确认，这次此次泄露为氢系统泄露。共8根。

三、检修方案

1.管箱解体

缠绕管换热器内部管路复杂，易堵塞，难疏通，解体管箱时要避免杂质进入甚至堵管。管箱的解体最好使用砂轮切割，但为了加快施工进度采用了碳弧气刨。需要注意的是气刨作业时不能直接切透，否则容易造成换热管堵。应先使用碳弧气刨切薄，然后使用砂轮机切透，最后修磨。修磨工作可以在车床上进行，气刨层要完全切除，避免碳含量增加；坡口25°平整，以利焊接。

2.坏管处理方案

因为此类换热器换热管材料为AL+9%Ni，过热将有很大的收缩变形，加上低温高压的环境，所以堵管工作不宜焊接，可采用螺纹配合胶连接。

检修采取的胶为环氧类低温粘接专用胶，有三种组分，按质量比A∶B∶C=5∶1∶0.2配制。不同温度所需固化时间为60℃为8h,100℃为2h，130℃为1h。现场采用130℃环境固化1h，需要用碘钨灯来烘烤辅助固化。

3.堵管作业

将漏管和断管管端磨平，钻孔攻丝，以丝堵涂密封胶将两端堵死，适当加热加速固化。这种处理方法仅减小了介质的流通面积，对换热影响不大。

4.换热管试漏

堵管工作完成后，密封上下所有管箱。在壳程用氮气加压至490kPa，保压6h。尾气和氢系统中压力表指示为0时，表明修复良好。一旦未达到要求，应打开箱管盖板，进一步查漏修复。

5.回装及上下管箱和相关管线焊接

管箱承受-196℃低温和10MPa的高压，对焊缝的低温韧性要求很高，必须严格控制焊缝中的杂质含量。焊接前需要对焊口100mm范围内使用丙酮清洗，并采用保护性能好的氩弧焊焊接。管箱材料为德国DIN标准1.4404，对应美国AISI标准316L，焊丝应选用ER316L。为使焊缝得到有效的保护，采取间隙式接头，并在背后垫316L衬环的方法使焊缝得到充分保护。用塞尺检查时，衬环与管箱内壁的间隙应＜0.5mm。

修复工作完成后，应按工艺要求对各组件回装焊接。管道的焊接与管箱相同。焊后100%射线探伤，所有焊缝均须达Ⅱ级以上。相关焊口尺寸见图2。

四、高压试验及修复效果

1.准备工作

所有阀门、安全阀经检查调试合格，安装复位。试压用接管、阀门，应严格检查，压力表采用PN15680KPa，1.5级表，气源为干燥洁净氮气。

图2 焊口尺寸

2.试压标准

试压严格按设备试压曲线进行，压力以每30min、980kPa缓缓上升，每升高980kPa,保压30min，并用肥皂水检查各个泄漏点及各焊接处，如有泄漏做好标记。达到给定压力值11370kPa后，保压6h，压力每小时降2940kPa以下，为密封合格。

换热器自2008年7月大修后，设备运行状态良好，氢回收率达到80%，接近设计值90%，检修工作达到了预期目的。