摘要：針對中海石油華鶴煤化有限公司2017年檢修過程中發現氨冷器管束焊縫接頭泄漏和發生腐蝕兩個方面，分析了泄漏原因，在設計、制造和運行方面提出了相應的改進措施。

　　關鍵詞：換熱管泄漏,處理措施,檢修,改進

　　海油華鶴公司生產裝置運行兩年以來，列管式換熱器的各種故障中管束接頭泄漏所占比重最大。這類由于換熱器泄漏和堵塞而引起整套裝置停車事故已經發生過一起。2017年6月26日進行的停車檢修工作中發現合成裝置氨冷器的管板和管子間焊縫發生泄漏，而且數量呈增長趨勢，泄漏處伴有腐蝕現象，因此分析氨冷器泄漏原因，找出處理對策，盡可能減少該設備在生產運行中發生事故的可能性尤為重要。

　　1氨冷器的基本結構及主要參數

　　氨冷器的外形尺寸為φ1500mm×11586mm、換熱管φ19mm×2mm，殼程有17塊折流板，殼程介質為氨(NH3/H2/N2);管程介質為循環水，工作溫度30℃至37℃。

　　2換熱管與管板的連接接頭泄漏原因分析

　　管板和換熱管連接形式主要有脹接、強度焊和脹接加焊接三種，氨冷器采用的是強度焊加脹接(熱處理后)的形式連接。檢修中發現氨冷器一側管束泄漏40處，補焊處理后陸續發現新增泄漏點，共計發現779處泄漏點，占全部換熱管數量的27%。下面就可能發生泄漏的原因做如下分析：

　　2.1制造時焊接接頭質量不過關產生的泄漏

　　焊接時，由于高溫產生熱影響區的附近組織出現塑性變形，加上焊接時未完全按焊接工藝評定的要求施焊，容易形成較大的殘余應力和應力集中，這是產生應力腐蝕的主要原因。氨冷器的制造廠家在焊接質量上的不過關是造成腐蝕失效的重要因素，首先在清洗換熱器過程中發現很多換熱管與管板間焊縫的形狀不規則、也不統一，說明制造廠的焊接工人的焊接水平一般，焊縫很大可能存在微氣孔、裂紋、夾渣等缺陷。

　　其次在用戶生產現場第一次打開管箱后發現換熱管與管板焊縫有很多補焊過的痕跡，說明在設備出廠前水壓試驗時發生過泄漏，以此判斷焊接時未按照焊接工藝評定的要求進行作業，例如焊絲未加熱、電流調整過高(150A以上)、氬氣量不足等情況。以上說明焊縫質量是氨冷器換熱管和管板間焊縫失效的主要原因之一。

　　2.2脹接工藝不過關產生的泄漏

　　脹接分為機械脹接和液壓脹接。推進式機械脹管是通過控制電流的大小來控制脹管機滾錐的轉動，最終使換熱管產生變形而達到與管板連接的目的。這種方法容易使換熱管產生過脹和欠脹，內壁發生硬化或起毛，脹接長度不均勻等情況，導致連接形式應力分布不均勻，在使用過程中的溫差變化和應力作用下，只要有縱向裂紋，腐蝕介質就會侵入使連接失效。

　　液壓脹接從理論上可靠性較機械脹接好，根據液壓脹接原理及GB151-2014有關條款，槽間距和槽寬為8mm至9mm之間，就使得對管板厚度要求(氨冷器管板厚度60mm)、對管孔的加工精度及開槽精度要求特別嚴格，必須保證100%的沒有缺陷。根據氨冷器制造廠家的資產情況分析，其采用機械脹管可能性很大，同時換熱管損傷的可能性很大，這是造成氨冷器換熱管和管板間焊縫失效的又一主要原因。

　　2.3腐蝕產生的泄漏

　　氨冷器的管程介質為循環水，檢修期間對循環水的水質進行了檢測分析，發現循環水中含有偏酸性的藥劑(pH值4.9-6.1，總鐵2.46mg/L，COD值60.2mg/L)，還有自然環境中樹葉、昆蟲等物質，在這種環境下(循環水pH值低小于9.6，含氧量高大于7μg/L，溫度低小于260℃，紊流度大的情況下碳鋼材質容易發生侵蝕)形成垢下腐蝕，因腐蝕開裂造成換熱管與管板連接接頭處失效泄漏。

　　另一方面，在管板上和管箱內壁都發現均勻的點蝕現象，從循環水質在非焊接部位存在大面積腐蝕的情況上分析，焊縫處產生的泄漏的另一個主要原因就是腐蝕導致金屬流失，焊縫減薄產生的泄漏。

　　3處理措施和改進方向

　　本次檢修的時間非常短暫，2984根換熱管的清洗工作用時72h(連續作業)，剩下的時間僅僅有6天時間。在短暫的時間內處理有泄漏趨勢的換熱器，采取最好的辦法就是補焊加防腐處理。氨冷器在經過7次的補焊作業、試壓試漏等循環性工作之后，終于在處理第779處漏點時試壓合格。下面就闡述一下換熱器泄漏的處理措施：

　　3.1補焊作業

　　氨冷器管板材質為16MnⅢ(NB/T47008-2010)，換熱管材質為16Mn(GB6479-2000)，故采用的焊絲材質為E5015(φ2.5)或焊條J507R(φ3.2)。首先，補焊換熱管時保證焊條的溫度，間隔換熱管進行補焊作業，電流控制在70A-110A，減少焊接熱影響區對周圍焊縫的影響，避免引發應力開裂形成聯鎖泄漏的現象。

　　其次，對發生泄漏的換熱管進行力度敲擊，補焊前釋放部分應力集中，在實際的操作過程中起到了很好的效果。第三，補焊前對焊接部位進行打磨和烘干，因換熱管內存在殘留的循環水濕度很大，打磨和烘干作業避免形成夾渣和微氣孔等缺陷。

　　3.2防腐蝕措施

　　高壓射流清洗工作中發現氨冷器泄漏的情況，因事發突然、檢修時間短，在防腐材料的選擇上、在防腐材料購買到貨上局限性非常大，采取的防腐手段極為有限。應急情況下在管箱內表面和管板表面上涂抹環氧樹脂涂料，在短時間內可以避免循環水中酸性物質和微生物結垢而產生的腐蝕。

　　另一方面，公司調整循環水加藥配比，控制循環水的pH值，對氨冷器的腐蝕減小到最低的程度;在循環水泵入口處增加入口濾網，改造成可替換、可清洗的結構形式，防止雜物進入循環水系統。

　　4改進措施

　　4.1結構設計上的改進

　　氨冷器安裝是西高東低，在設計上考慮結構西側循環水進入全部的管箱，盡量消除空氣層，避免因干濕變化引起腐蝕;換熱管與管板的連接采用強度焊加貼脹的結構，貼脹增強抗疲勞破壞能力，依據現代制造技術，建議設計上要求液壓脹管;增加管板厚度來保證脹接長度。

　　4.2制造過程中的改進

　　(1)嚴格控制管板的加工精度，管板密封面與殼體軸線垂直公差控制在1mm以內，與自身軸線垂直公差控制在0.4mm;管孔嚴格垂直于密封面，不允許存在縱向條痕。(2)控制焊接工藝，防止大電流焊接引起過熱，造成晶粒組織粗大及產生過大的殘余應力。絕對不允許有氣孔、裂紋及夾渣等缺陷的存在;焊接方式采用氬弧焊，換熱管與管板焊接接頭應進行100%磁粉檢測，按JB/T4730-2005中Ⅰ級合格進行驗收。

　　(3)貼脹采用液壓脹接的方法，保證管板與管子的連接處脹度一致，整個長度上應力分布均勻。脹接采用的液壓的壓力大小要做小樣試驗，根據經驗選擇一個壓力值進行樣本管子脹接，實測脹接前后管子內徑的數值，用管子內徑增大率來計算脹管率。(4)換熱器制造完成后進行水壓試驗，保壓時間適當加長可以消除部分應力。試壓試驗合格后進行氣密性試驗再進行整體熱處理。(5)換熱器安裝前對管板和管箱進行涂層防腐處理(現代技術進行循環水預膜防腐處理，氨冷器在實際操作效果上看并不明顯)，防腐層必須緊密，不能脫殼，否則會形成高濃度腐蝕環境，引起管子與管板連接接頭失效。建議選用耐高溫耐腐蝕的氟碳涂料。

　　4.3生產操作上和循環水質的改進

　　合成裝置在操作上避免換熱器在啟停過程中溫升率、溫降率超過設計值，保護換熱器在合理的溫差變化范圍之內。循環水經過加藥處理后的pH值建議在9.6以上，很大程度上減少碳鋼材質列管式換熱器發生腐蝕的幾率。

　　5結束語

　　氨冷器本次發生的泄漏現象并非偶然，很大程度上是在制造環節的質量把控缺失造成的，同時在生產運行中循環水介質的變化產生的腐蝕導致泄漏的呈擴大趨勢。以氨冷器泄漏為出發點，分析碳鋼材質列管式換熱器發生泄漏的原因，提出在設計環節考慮結構改進、在制造環節注重質量把控和關鍵制造節點樣本試驗，在生產運行過程合規操作，在介質變化中穩定酸堿度和提升防腐措施。

　　采取以上措施并完全應用在氨冷器的各個環節上，可以延長該設備的使用壽命，非正常停車的情況就很少會發生，生產更加穩定可靠，用戶的經濟效益也會得到保障。

　　參考文獻

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