4118-K1U1E1 油冷器内漏原因分析及处理措施

王小辉

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

中国石油宁夏石化分公司化肥一厂合成氨装置建成于1988 年，设计能力为日产合成氨1 000 t，年产合成氨30 万t，压缩装置设计为四台离心式压缩机空气压缩机（4111-K1）、氮气压缩机（4111-K2）、合成气压缩机（4117-K1）、氨气压缩机（4118-K1），2003 年装置油改气后增加了天然气压缩机（4112-K1）。4118-K1U1E1 是氨气压缩机（4118-K1）的一台油冷器，油泵运转起来，将油箱内的透平油送人该油冷器壳程，经过冷却的透平油到油滤器进行过滤，再到压缩机的各个润滑点，最后回到油箱，透平油循环运行（见图1）。

图1 透平油流程图

4118-K1U1E1 油冷器是上述工艺流程中的主要辅助设备，一旦发生故障或泄漏，直接影响和威胁氨气压缩机（4118-K1）的安全运行，并导致装置全面停车。

1 设备参数

4118-K1U1E1 油冷器是氨气压缩机的一台辅助设备，管程内走的是压力0.6 MPa 的循环水，管外壳程走的是压力为2.0 MPa 的透平油。具体参数（见表1）。

表1 参数表

4118-K1U1E1 油冷器在运行过程中，出现内漏，并且泄漏的程度越来越严重，不但影响了装置的长、满、优运行，而且影响到装置的安全稳定运行和节能环保等工作。在2013 年10 月化肥一厂装置大检修期间，对该换热器进行了解体检修。分析换热器泄漏原因，找出对策，是处理换热器内漏的重要举措。

2 泄漏原因分析

该换热器是O 型环函式换热器，两管板中一侧与法兰通过螺栓固定连接，另一侧类似于浮头，管板与壳体间隙处通过O 型环密封，可作一定量的移动。此设备的特点是结构较简单、加工、制造、检修、清洗较方便，但O 型环处易产生泄漏。O 型环函式换热器适应压力和温度都不高，非易燃、难挥发的介质传热。

2.1 管子的振动

O 型环函式换热器中管子产生振动是一种常见故障。引起振动的原因有：管束与泵、压缩机产生的共振；由于流速、管壁厚度、折流板间距、管束排列等综合因素的影响而引起的振动；流体横向穿过管束时产生的冲击等。如振动现象严重，可能产生的结果有：相邻管子或管子与壳体间发生碰撞；使管子壳壳壁受到磨损而开裂；管子撞击折流板而切断；管端与管板连接处松动而发生泄漏；管子发生疲劳破坏；增大壳程流体的流动阻力等。

2.2 管壁积垢

由于换热器操作中所处理的流体，有的是悬浮液，有的夹带有固体颗粒，有的粘结物含量高，有的还有泥沙、藻类等杂质。随着使用时间的延长，在换热器的内外表面上会产生积垢。积垢引起的故障有：总导热系数下降，传热效率降低；使换热管的管径，因积垢而减小，使得流体通过管内的流速增加，造成压力损失增大；积垢导致管壁腐蚀，腐蚀严重时造成管壁穿孔，两种流体混合而破坏正常操作。

2.3 管子的泄漏

管子发生泄漏的事故较多，主要原因是介质的冲刷引起的磨损，导致管壁破裂；介质或积垢腐蚀穿孔；管子振动引起管子与管板连接处泄漏。

2.4 O 型环处泄漏

因介质冲刷导致管板密封面或封头O 型环槽腐蚀，起不到密封的作用，出现内漏现象，此种泄漏方式是此类换热器最常见的一种泄漏方式。

3 处理对策

3.1 拆卸检查分析

为了降低检修工作量，首先将换热器法兰螺栓连接处的管箱平盖拆卸，拆卸完后，经检查发现，换热器管束未有腐蚀等表面不良现象，经研究讨论，投用换热器管程冷却水，保压2 h，发现封头O 型环处密封面有水泄漏，初步判断O 型环处密封面起不到密封作用，将管箱法兰打开后检查发现，换热器浮头侧管板外圆、封头管箱与O 型环密封处腐蚀严重，无法起到密封作用。

3.2 换热器芯子浮头侧管板密封面补焊及加工

4118-K1U1E1 换热器管板材质是S25C，是日本JIS 标准中的牌号，相当于国标的25 钢，含碳量小于1.35 %，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。为了确保管板焊接变形，采用H1Cr24Ni13，φ2.0 的焊丝进行补焊，焊接电流110 A～115 A，焊接速度50 mm/min。补焊高度沿管板圆周方向和管束侧高出5 mm（见图2），补焊完后进行加工，根据现场测量壳侧实际尺寸，确保换热器芯子抽装和O 型环的密封，换热器管板加工尺寸至φ376 mm（见图3），达到和设备相互配合间隙。

图2

图3

3.3 换热器管箱密封面补焊及加工

4118-K1U1E1 换热器管箱O 型环槽已全部腐蚀，O 型环无法固定，处理方法是将腐蚀槽全部堆焊，因封头材质是S25C，是日本JIS 标准中的牌号，相当于国标的25 钢，采用A302，φ3.2 焊条进行补焊，焊接电流105 A～110 A，焊接速度50 mm/min。沿封头管箱O 型环槽圆周方向整体堆焊，堆焊高度超出封头管箱外密封面3 mm，堆焊完后，将封头管箱O 型环槽和外密封面进行加工处理，对策是将O 型环槽靠近法兰侧改成斜角，封头管箱随着封头法兰螺栓的紧固，O 型环和换热器管板的密封处压力也随着增大，促使密封效果更好。因O 型环的直径是φ8 mm，考虑到O 型环的压缩量，加工尺寸为，管箱O 型环槽内径加工尺寸是φ376.5 mm，O 型环槽深6.5 mm，槽底部直径φ389 mm，槽上部直径φ391 mm，因管箱外密封面表面出现腐蚀，再加上补焊O 型环槽时对外密封面局部有损伤，将管箱法兰螺栓连接处和外密封面整体加工0.4 mm，达到和设备相互配合间隙，加工完的管箱密封面（见图4），O 型环槽加工尺寸（见图5）。

图4

图5

3.4 补焊注意事项

（1）首先用氧-乙炔火焰烘干补焊周围的油和水迹，再用砂轮机或抛光机将补焊区域进行打磨，将上面的锈蚀处理干净，直至打磨处金属光泽为止，并不应有纵向刻痕、凹陷、斑点及锈蚀等缺陷。

（2）电焊工必须持证上岗，对该项工作的焊接工序清楚熟练。

（3）采用A302，φ3.2 焊条进行补焊封头O 型环槽时，使用前高温烘干，烘干温度150 ℃，保温时间1 h，然后放入到电焊条保温桶内，随取随用。

（4）利用手工乌极氩弧焊补焊换热器管板时，应注意起弧点和收弧点的位置，防止出现凹陷和咬边现象，切记电弧碰及附近管束端。

（5）为防止飞溅对换热器其它位置的沾粘，应做好防护措施。

3.5 检修完试压

将加工完的换热器芯子按照要求回装到位，换热器芯子管板浮头侧内外安装上φ8 mm 的O 型环，确保O 型环安装到位后，在封头管箱上粘贴上4 mm 后的石墨复合垫片，立即均匀对称紧固管箱法兰螺栓。

3.5.1 壳程试压 利用壳侧0.6 MPa 的冷却水对换热器壳程冲压查漏，当压力升至0.6 MPa 时，保压2 h，经机动处、车间和检修技术员检查，管束和浮头O 型环密封面处未出现漏点，壳程试压合格。

3.5.2 管程试压 换热器两侧封头管箱大盖回装完成后，利用试压泵在管箱导淋处给换热器管程缓慢打压，当压力升至设计压力3.0 MPa 后，观察10 min，无异常后，继续升压至设计压力的1.25 倍（3.75 MPa），保压30 min，经机动处、车间和检修技术员检查，压力表无压降，管程试压合格。

4 结论

通过对内漏原因认真分析，对检修过程中发现的问题，按照检修深度和施工方案要求，进行补焊及机械加工处理，将封头管箱O 型环槽改进成斜角，确保了良好的密封效果，4118-K1U1E1 自从2013 年10 月检修后，运行过程很平稳，透平油未出现泄漏，保证了一化肥装置安全稳定高负荷运行和节能环保等工作，取得了良好的经济效益和社会效益。

［1］ 王勇.换热器维修手册［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［2］ 王绍良.化工设备基础［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［3］ 年产30 万吨合成氨装置动设备图纸［R］.宁夏化工厂合成车间，1986.