合成塔进出口换热器换热管试压泄漏问题探讨

杨益民，李智慧，袁冰蓉

（中国石化上海高桥石油化工有限公司，上海 200137）

0 引言

合成塔进出口换热器是合成氨装置核心设备，属超长型固定管板换热器，以某公司制造的换热管长度20 m的合成塔进出口换热器换热管试压泄漏问题为例，进行分析探讨。

1 设备概况

合成塔进出口换热器属于固定管板换热器（图1），壳程筒体Φ1300 mm×110（80）mm/Φ1620 mm×110 mm（14Cr1MoR）；管程筒体Φ1330 mm×90 mm（14Cr1MoR）；换热管Φ14 mm×2 mm×20 000 mm（15CrMo），共计3006 根；管板（14Cr1Mo Ⅳ）；换热管与管板的连接方式为强度焊+强度胀。

图1 换热器结构示意

2 问题

合成塔进出口换热器在管头焊接完毕、胀接完成后，进行壳程水压试验。充水后还未到升压阶段时即发现有水从38 根换热管内部泄漏出来，当即对此38 根换热管进行更换处理并重新胀接，然后再次对壳程进行水压试验。当试验压力升到3.85 MPa时，发现99 根换热管存在泄漏，其中31 根两端都出现泄漏，78根换热管在管板Ⅰ侧出现泄漏，52 根换热管在管板Ⅱ侧出现泄漏，用堵头对其进行堵焊（图2），然后再对壳程进行气密性试验。当试验压力升到2.0 MPa 时，发现31 根换热管存在泄漏，其中1 根两端都有泄漏，11 根换热管在管板Ⅰ侧出现泄漏，21 根换热管在管板Ⅱ侧出现泄漏。

图2 用堵头堵漏的换热管

3 原因分析

对管板机加工质量进行核查，管孔粗糙度、胀槽尺寸符合图纸要求。胀接操作（胀接设备、胀头尺寸、胀接压力）符合胀接工艺要求。对发生泄漏的换热管进行各项检查后发现：

（1）换热管化学成分、金相组织、纵向力学性能、硬度均合格，说明冶金质量没有问题。

（2）对泄漏换热管进行剖切和涡流检查，发现换热管近管端内侧存在折叠、轧折等缺陷，其缺陷在管的制造过程中产生，有缺陷的管在后续的检验中未能检出（据了解其换热管供货商对Φ14×2 mm 成品管没有进行涡流检测和超声检测，只进行了逐根水压试验。

（3）由于换热管厂拉拔长度能力有限，为保证成品换热管的长度尺寸，换热管拉拔后两头端部去除的部分较少，是端部缺陷未能去除的重要原因。

（4）在强度胀接时，由于受到胀接应力的强烈作用，致使折叠、轧折等缺陷处成为裂纹源，在胀接应力的作用下，缺陷处被撕裂、延伸，严重的裂纹会延伸至换热管外表面，造成水压时泄漏。见图3、图4。对此，重新采购换热管，并对缺陷换热管进行更换。重新组装、焊接、胀接，共耗时近4 个月，返修合格。

图3 夹在裂纹中的破裂液压胀袋残留

图4 对缺陷管靠近管头端部剖切检查

4 总结

（1）对超长的铬钼钢换热管一定要有专用的材料采购规格书，应明确主要技术指标，如材料标准、壁厚偏差、直径偏差、不圆度、弯曲度、化学成分、制造方法、供货状态、力学性能、硬度要求、显微组织、晶粒度、表面质量、检验和试验项目、试验和取样方法、取样数量等。

（2）预防为主，加强换热管验收。例如本次共发现70 根换热管不合格，其中35 根泄漏（裂纹），占总数的1.155%（共发货3030 根），当时就应引起足够的重视，增加见证环节或检验项目。

（3）对特殊换热设备的换热管与管板之间的焊接工艺规程（含评定）和胀接工艺规程（含评定）进行审查，对评定过程进行现场见证，确保焊接参数及胀接参数的合理性和准确性。

（4）对换热管与管板之间的胀接过程进行控制，绘制管孔胀接简图并标注。