轻烃换热器壳体开裂原因分析
2020-09-10王剑宇谭正威
王剑宇 谭正威
关键词:换热器;壳体;开裂
1 引言
两台结构和参数相同的浮头式换热器,名称为轻烃换热器A和轻烃换热器B,型号为BJS1800-2.5-930-6/25-4,壁厚20mm,封头壁厚22mm、管箱壁厚46mm,壳程设计压力为2.45MPa,设计温度为200℃,工作压力为1.84MPa,工作温度为42℃,管程介质为循环水,壳程介质为丙烯。制造单位为某建材制作安装有限公司,2004年5月随新装置投用。
轻烃换热器A因管束内漏装置检修,同时计划对轻烃换热器B壳程进行打压试漏,试压压力为2.3MPa,当水压升压至1.3MPa,壳体突然开裂,停止打压。
由于两台换热器的设备法兰均由同一厂家供货,因此对所有大法兰均同时进行各种检测,以便分析该法兰的开裂原因。
2 开裂的宏观表现
检查发现该换热器壳体靠近管箱侧筒体法兰(锻件)直管段热影响区(距焊缝3cm)部位从下至上沿整周长规则连续开裂,裂缝总长4044mm(壳体外周长为5777mm),
3 具体检查情况及初步分析
3.1 工艺操作原因分析
3月10日气分装置按计划进行停工处置,停工前该冷却器压力、温度、流量等各项参数平稳,无超标现象,停工过程中严格执行操作规程进行降温降压,从操作降压曲线可看出,压力下降平缓,由上午10时压力1.64MPa至下午16时压力降至1.22MPa,未对设备造成较大冲击。
3.2 检修质量原因分析
轻烃换热器B正常生产时壳程操作压力为1.8MPa,本次检修拟试压2.3MPa并保压30min。3月12日对该冷却器壳程上水试压,当压力缓慢升至1.3MPa时,冷却器壳体管箱侧法兰直筒段突然开裂,并延周向规则连续扩展至3/4圆周。裂纹位于焊缝热影响区距焊缝2 cm,该法兰为锻件,打压过程中未出现超压现象,因试压超压造成壳体法兰开裂的原因可排除。
3.3 介质腐蚀原因分析
塔顶气相精丙烯经塔顶空冷器冷却后,进入轻烃换热器A/B壳程与管程循环水进行冷凝冷却换热,然后进入塔顶回流罐,塔顶回流罐液相精丙烯经泵输送,一部分返回塔顶冷却,一部分出装置外送。轻烃换热器B壳程介质为精丙烯,丙烯纯度达99.7%,其中硫含量极低,化验结果仅为1mg/kg(指标为小于5mg/kg),含水为80mL/m3(指标为小于500mL/m3),且从抽出管束检查筒体内部的情况上看,内部杂质较少,壳体内部无明显腐蚀痕迹,壳体法兰因腐蚀开裂的原因可排除。
3.4 设备制造原因分析
换热器解体后,从壳体内部检查发现,开裂裂纹沿圆周上方有明显人工补焊痕迹,此法兰为整体锻造,不应有焊接迹象,可断定该锻件出厂前存在严重缺陷,厂家通过焊接的方式进行了修补,产品制造的质量问题是该冷却器筒体法兰开裂的主要原因。
为进一步了解法兰的材料采购、锻造、热处理及质量控制方面的情况, 影响法兰原始缺陷的原因还包括以下几点:①法兰锻造工艺不合适,法兰毛坯厂业务量增大时,计算机操控的环锻机生产较忙,法兰毛坯成形过程采取了落后的外圆分步点压阶梯成形方法,过程繁琐、效率低、质量难以保证;②法兰锻造过程控制不好,锻造时缺乏常规的温度控制手段,仅凭锻造工肉眼观测和经验判断,局部温度低于820℃后,操作人员未按规定回炉加热,仍继续锻造加工,导致法兰母材部分损伤;③法兰锻坯正火热处理后,缺乏常规的硬度检测手段,无法发现法兰硬度明显偏高且不均匀的问题;④法兰出厂前只对法兰密封面及焊接坡口进行探伤检查,未能发现其他部位可能已存在的缺陷。
4 最终原因确定
综上所述,引起此次轻烃换热器B故障的原因如下:
4.1 直接原因
轻烃换热器B在检修壳程试压过程中,压力逐渐升高至1.3MPa时,筒体受压后突然开裂。
4.2 间接原因
轻烃换热器B筒体两侧法兰(锻件)制造出厂时存在严重的缺陷,制造厂对存在缺陷的位置进行了焊接处理,但设备长期运行后,发生了疲劳规则性开裂。
4.3 管理原因
①使用单位对设备驻场监造工作的要求和执行不到位,导致存在严重缺陷的设备以次充好,使用多年直至损坏;②使用单位在该台设备使用的16年期间,有俩次更换管束的经历,但未能及时检查出设备本体内部存在的缺陷;③大检修期间全面检验检测工作落实不到位,未能全面的、有效的检测出设备存在的重大缺陷。
4.4 整改措施
更换轻烃换热器A/B筒体和外头盖、加强设备出厂质量验收。
5 总结与启示
①严格控制法兰在制作加工过程中的每一个环节,包括冶炼、锻造及热处理,加强质量监督检查;②对法兰可能出现应力集中部位的加工要特别注意,严格按照设计要求执行;③换热器检修抽出管束后,对筒体进行全面检查,同时加强大检修检验检测工作。
参考文献:
[1]陈孙艺.锻造工艺对外头盖侧法兰开裂的影响[J].锻压技术,2008,33(4):6-9.
[2]李慧峰.冷镦钢产品顶锻开裂的机理分析及应用[J].锻压技术,2006,31(2):124.
作者简介:
王劍宇(1985- ),男,大学本科,工程师,主要从事炼油设备的管理工作,现为大庆炼化公司炼油一厂气体分馏车间设备工程师。
谭正威(1988- ),男,大学本科,工程师,主要从事炼油设备的管理工作,现为大庆炼化公司炼油一厂气体分馏车间设备主任。