高压冷却器修复工艺技术及高压试验工装

陆　平　陆博福

(1.中铁八局集团第二工程有限公司钢结构分公司，四川610000；

2.中国第一重型机械股份公司重装事业技术质量部，黑龙江161042)



高压冷却器修复工艺技术及高压试验工装

陆平1陆博福2

(1.中铁八局集团第二工程有限公司钢结构分公司，四川610000；

2.中国第一重型机械股份公司重装事业技术质量部，黑龙江161042)

化工企业的化肥生产装置主要设备3D22Ⅱ级冷却器共有3台12组，经过多年运行生产使用，其管束芯体的列管腐蚀泄漏严重而无法再用。为了解决生产之急，工厂决定从现有两台旧设备中选出4组芯体组成一台就急使用。容器厂根据现有条件，在工艺上采用一系列工艺措施，经努力成功修复设备芯体管束两台4组设备。其质量完全符合图纸技术要求，其诊断修理工艺技术阐述如下。

1设备技术参数与结构

3D22Ⅱ级冷却器管程气腔工作压力12.8 MPa，试验压力Ps=19.2 MPa。管程介质为N2、H2混合气体，壳程介质为冷却水。设备结构为列管式固定管板活套组合换热器，属于Ⅲ类压力容器设备。

2设备芯体失效原因分析

列管式换热器失效大都为管束失效，有腐蚀所致或由结垢引起。

由于换热管内外表面受到腐蚀介质长期作用会导致管子腐蚀，焊接接头产生裂纹也会造成管束失效损坏。而管头与管板胀接时往往由于存在着胀接应力，在某些腐蚀介质中还会产生应力腐蚀，这些局部腐蚀常使管子与管板接头外边因开裂而破坏。

结垢引起的管束失效是由于在一定的温度和流速条件下容易形成和产生污垢，助长污垢层的生长，而管束内外的结垢会引起换热器介质通道堵塞，从而大大减少换热器的换热面积，使换热效果下降。

根据设备解体检查分析本文的设备失效情况属于介质腐蚀所致。

3管束修理工艺方案确定

换热器管束修理一般有4种方法：

(1)堵管法。此法简便易行，但只能在临时应急修理时采用。这是由于在一些存在温差应力较大的换热器中，由于堵塞的管子和未堵塞管子之间温差大，热膨胀差大，而壳体膨胀又不能补偿管子之间膨胀差，在管束中产生温度应力，从而加速已堵管周围其它管子接头损坏。因此堵管必须根据具体情况慎重采用。

(2)更换管子。即对失效管子进行单根更换为新管，这在失效管子不多时选用。

(3)分区更换管束。即对芯体上管束分组，分别进行抽取旧管更换为新管。若换热器已有30%以上的管子失效则不宜采用此法，否则不经济。

(4)全部切割拆除，只保留可利用的原管板、折流板进行重新制做管束芯体。

针对该设备实际情况采用方法(4)，工艺方案如下：

(1)将设备解体，在此之前尚需对设备弯头壳体做好标记，以防串件造成误装。抽出芯体后用气焊切割取出管板、折流板元件。

(2)换热管采用原图规定的直径∅18 mm×3 mm材质20号无缝钢管。

(3)对于取下的上下管板用车床车去管头部焊接头，见平母材金属表面，而后用镗床加工钻削管板、管头胀接长度80 mm深，钻头用∅18.3 mm。

(4)制做拉杆和定距管，修复管板上的螺纹孔。

(5)为保证穿管质量的管板平行垂度，将穿好管的芯体装入壳内，一端用螺栓紧固，另一端放入填料6 mm×6 mm石棉绳，装上压盖紧固螺栓。而后进行胀接及管头焊接换热管。

(6)设备壳程水压试验，试验压力为0.45 MPa。

(7)为保证高压水压试验，应设计制做专用试压元件，试压夹具由通用件和专用件构成。

(8)设备气腔管程高压水压试验，试验压力为19.2 MPa。

4设备修理工艺过程

(1)铆工对设备进行解体拆卸，弯头按原位置做标记号，松开壳体法兰联接螺母M16 mm，用吊车配合加滑轮变向抽出芯体。卸下管板上的高压螺栓。因工厂原设备图纸只有总装配图而无芯体管束图，为此要测绘制出芯体部件图纸，设计确定拉杆长度和定距管尺寸等。

(2)用气焊切割旧管束，保留管板、折流板固定圈等部件，切割时应距大管板100 mm处进行。

(3)将管板转机加车床加工，车削管头端面，见平管板母材表面，转镗床。

(4)镗床加工旧管头，用直径18.3 mm钻头钻出，其余旧管取出管头转钳工。

(5)钳工在管板已经加工平面的上面管孔倒角，同时修复螺纹孔。

(6)铆工对换热管下料，严格检查管子质量无裂纹；两端进行退火、酸洗、降锈抛光。

(7)铆工用自制组焊的夹具组装芯体，先固定大管板，安装拉杆、折流板、固定圈、定距管装焊加固定筋直径16 mm两个，安装另一小管板，孔位对中于另一管板孔位，用螺母M16把固一端，另一头内装填料石棉绳3圈即可，用压盖螺栓紧靠。

(8)设备主体吊装，将单台组换热器按原位装入机架上，用木块垫好后再用U型螺栓夹固。

(9)芯体胀管工作，控制胀管率。

(10)芯体换热管与管板焊接工作：首先应将设备立置固定，用木杆搭架子焊台，焊工进行管板管头焊接。

(11)管壳水压试验工作。安装试压管路，接压力表选用1.6 MPa、1.5级两块压力表。封闭管口后，加水缓慢升压到试验压力0.45 MPa，保压30 min后，降压到0.3 MPa，无泄漏，合格，降压、放水、清理设备。

(12)设备总装工作。 将弯头按原位标记、对正、加垫片，安装于换热器端部对位后用高压螺栓35CrMo M20×300和M30×20把固，紧度一致，保证压紧力均布，而后安装单体端变径法兰体。

(13)管程气腔高压水压试验工作。铆工到成品库房领出试压专用工具元件、试压环、压盖、透镜垫Dn15Pn32、螺纹法兰、压力表(60 MPa、1级)两块、表接头、压力表缓冲管、J44-320角式高压截止阀两支、试压泵。安装试压管路，封闭管口后，加水缓慢升压到试验压力19.2 MPa，保压30 min，铆工检查确认合格，降压、放水，清理设备，出厂运到化肥分厂组装。

5高压试验工具装置设计制造

进行高压水压试验的难点在于设计制造专用工具装置。为了确保试验工作安全可靠，针对本设备具体情况，同时要考虑其它设备的高压水压试验工作用具问题。经研究设计研制出具有一定通用性的试压装置结构元部件，即除封闭设备管口的两个透镜垫外，其它结构元部件均与其试压结构元部件相同，互换使用。这样可节省元件的设计制造费用，缩短制造周期。

5.1试压装置主要结构设计

在高压容器密封结构设计中均采用透镜钢垫螺纹法兰联接方式，由于该设备气腔接口为Pn=16 MPa、Dn=100 mm，而试压用的管路阀门接口则为P=32 MPa、Dn=15 mm，为此设计研制出变径透镜压盘活套式螺纹法兰连接密封结构形式。即变径压盘的一端制成透镜垫式，另一端是螺纹接头透镜垫安装结构，这样可与阀门连接并与压力表缓冲接管连接(中间加标准透镜垫片)。

考虑到与其它设备试压具有通用性，除与设备接口连接的透镜变径压盘外，其余全部用通用元件。

5.2主要试压元件结构尺寸及材料

对于变径透镜压盘规格参照该设备气腔口Pn、Dn，按JB 2776—1979透镜垫标准选取结构尺寸，曲面SR=(158±0.5)mm、外径120 mm、厚度取25 mm、材质20钢，法兰外径尺寸按设备接口及JB 2769—1979选取，内孔取110 mm、厚度40 mm，接头按阀门Pn16Dn15取M33×2、倒角20°。

透镜压盘可切割下料车削加工，端曲面按样板检查加工，而后与接头组焊。

6气腔高压试验泄压情况的诊断及工艺措施

当进行壳程低压试压合格后，在高压气腔试压中出现泄压现象，其工艺措施与诊断方法如下：

(1)将壳体组间的连接法兰卸开，放上纸片，壳中间小接管法兰也卸开，将气腔水压升到试验压力16 MPa，观察是哪组泄漏水。

(2)对诊断出的泄漏降压的芯组抽出，单独进行气腔管程高压试水压，分级每1 MPa为一级，升压到10 MPa～8 MPa，直到发现泄压为止。

(3)对找出的泄压点进行修理。当管子本身有微裂纹时易发生这种情况，在低压试验时不容易发现。

(4)对修理补焊后的芯体再次进行水压试验，看是否达到图纸技术要求。

(5)对试验合格的芯体重新装入壳体，总装后二次总体气腔高压水压试验，合格后再二次进行壳程水腔压力试验。

7结论

(1)通过对3D22Ⅱ级冷却高压换热器在用设备诊断及修理工艺实施，所修复设备各项技术指标符合图纸及《压力容器安全技术监察规程》要求。这说明该技术方法所采取各项措施安全可靠、经济实用。

(2)在用设备压力容器修理过程中，若图纸不全，在设备解体时应给所拆卸同类部件编号、打标记，以防安装时因自身部件尺寸公差不同不能互换，造成组装困难。

(3)确定修理方案时，应具体分析，正确选择科学、经济、合理的方案，不能轻易改动原结构尺寸及元件规格。

(4)在设计制造附件夹具工装时，要尽可能考虑元部件的通用性，以便缩短制造工期，节省费用、降低成本。

编辑傅冬梅

摘要：修复化工企业的化肥生产装置中的在用设备，最主要的一点是要采用科学方法和制定有效合理的修复技术方案。在进行高压换热器设备的试验时，所用器具的设计研制，采用安全可靠、经济实用和具有一定通用性的元部件。

关键词：高压换热器；诊断修理；高压试验装置；透镜盘结构设计

Repair Technology of High-pressure Cooler and High-pressure Test Tool

Lu Ping, Lu Bofu

Abstract：One of key points of repairing equipment in operation for chemical fertilizer production plant in chemical enterprise is applying of scientific methods and establishing of efficient and reasonable repair technical project. Universal elements with safety, reliability and economical practice should be applied to design and development and manufacture of the applicable appliances when high-pressure thermal exchanger test was being carried out.

Key words：high-pressure thermal exchanger; diagnostic repair; high-pressure test device; lens dish structural design

收稿日期：2015—01—13

中图分类号：TQ051

文献标志码：B