長輸管線沿線各站使用的浮頭式換熱器經常發生刺漏,馬5中轉站安裝投運的兩臺BES700型浮頭式換熱器投運不到8個月,浮頭法蘭、管箱法蘭墊失效刺漏達4次之多,其中嚴重的一次,泄漏的原油從蒸汽管路進入鍋爐鍋筒中,直接影響了長輸管線的正常運行。更換墊子時發現:①拆卸1#換熱器浮頭蓋法蘭密封面上有一處撞擊形成的凹坑,凹坑周邊約有1/2凸起。2#換熱器浮頭蓋法蘭密封面上有五處撞擊形成的凹坑,多數凹坑周邊約有1/2以上凸起;②目測浮頭管板密封面在管束處高,周邊低;③按圖紙要求,換熱器墊片使用的是JB/T4720—92橡膠石棉墊,符合圖紙要求;④浮頭管板邊緣管束焊縫離密封面距離6～8mm。2.換熱器法蘭密封面墊子失效刺漏的原因分析2.1溫度的影響
馬5中轉站擔負著每日1200m3原油液量的外輸任務,為順利地把原油輸送到距其8 2km的黃玨聯合站,要求出換熱器原油的溫度為60～70℃。
(1)溫度對材質性能的影響。馬5中轉站換熱器浮頭蓋與浮頭管板的密封是兩塊鉤圈鉤卡在管板背面,形成卡鉤法蘭,用螺栓連接,卡鉤法蘭是整體加工后切成兩瓣。鉤圈、螺栓等材料在使用過程中,因長期處在100～120℃的高溫的環境下,其機械性能降低,還會發生蠕變和應力松弛現象(同質的鉤卡不同的部位其熱脹量也不同),使螺栓的拉緊力減小。導致法蘭對墊子的壓緊量減小而刺漏。
(2)溫度對墊片的影響。馬5中轉站換熱器法蘭使用的是耐油石棉橡膠板做的墊子,墊片長期在55～120℃的高溫作用下會使其老化而失去彈性造成墊子漏失。
(3)溫度差的影響。換熱器法蘭、筒體、螺栓、管箱、墊片之間存在溫度差,使各部分熱脹冷縮不均,導致馬5中轉站換熱器法蘭墊子泄漏。
(4)熱疲勞的影響。換熱器在工作過程中,受反復加熱和冷卻,使之產生較大的熱應力,特別是螺栓反復受此力作用,結構遭到破壞,螺母松動擰緊力減小,致換熱器法蘭墊子泄漏。2.2壓力波動的影響
1)馬5中轉站定期用1000m3事故罐底水,大排量對8 2km的長輸管線進行清蠟,或上游來水量增加,因此當管線內輸大量水時,其粘滯阻力減小,外輸干壓減小,此時產生壓力波動,壓力波動量約為0 15～0 25MPa。
(2)加大外輸排量時干壓升高,產生的壓力波動量約為0 15～0 25MPa
(3)因各種故障需頻繁停、啟時,產生的壓力波動量在0～2 5MPa之間。換熱器法蘭、螺栓、墊子在上述交變的壓力作用下容易產生變形,造成墊子失效。2.3設計方面的原因
(1)馬5中轉站換熱器浮動管板的邊部換熱管距密封面距離小。在更換墊子時,目測浮頭管板邊緣管束焊縫離密封面距離只有6～8mm,這樣在焊接換熱管過程中容易使換熱器浮動管板產生變形變化,影響了原加工尺寸的穩定性,從而使法蘭密封面發生變化,影響了浮頭法蘭密封程度,導致泄漏。(2)馬5中轉站換熱器選用耐油石棉橡膠板做換熱器法蘭墊子,由于石棉橡膠墊性質比較軟,在制造、焊接、組裝施工過程容易變形破損,從而導致法蘭墊片失效剌漏。2.4加工精度的影響
換熱器固定管板法蘭密封面的管板與管束不垂直,使兩法蘭對口平行度有偏差。密封面之間若發生0 15mm的偏差(見圖1),上法蘭螺栓時很難將墊片壓緊,導致該點優先泄漏。
2.5人為方面的原因
法蘭密封面上的凹坑、凸起缺陷,影響法蘭的密封程度。馬5換熱器在11月上旬更換墊子時發現1#、2#換熱器浮頭蓋法蘭密封面上的凹坑深度多數小于1mm,1#換熱器浮頭蓋法蘭密封面內圈邊上約有3mm長,深度大于1mm的徑向刮傷凹坑,邊上1/2凸起。根據現場施工情況分析,這些凹坑、凸起缺陷的產生,可能都是在拆卸、組裝時損傷。拆下浮頭蓋后其下部的鉤圈在往里碰撞后脫落,砸到浮頭蓋法蘭密封面而損壞法蘭密封面。2.6腐蝕的影響
螺栓的絲扣腐蝕影響螺栓的擰緊力致換熱器法蘭墊子泄漏,或密封面腐蝕致換熱器法蘭墊子泄漏。3.解決方法換熱器是大型焊接的壓力容器設備,長期經受高溫、高壓的工作環境,其設計、制造、維修都需嚴格遵守各種規程,針對目前換熱器法蘭經常刺漏現象,本文提出以下幾點解決方法。
(1)現場發生換熱器換熱管漏失時,因換熱器殼程內結垢、銹蝕難以將損壞的換熱管抽出更新熱管。建議將固定管板與換熱器筒體法蘭焊為一體,即在筒體上焊上盲法蘭,盲法蘭上開孔眼穿換熱管,這樣可以減少設計上造成的漏點數量。用此方法,在發生多根換熱管泄漏,影響過流面積和換熱面積時,割開法蘭更換全部的管程。
(2)由于耐油石棉橡膠板墊子存在諸多不利因素,建議使用金屬墊片作為法蘭密封墊。因為金屬墊片的密壓比為110MPa,比3mm厚的橡膠石棉板墊片整整大10倍(現已經采用金屬墊片,使用效果很好)。法蘭墊片不應有疙瘩、裂縫、凸坑、皺紋、毛刺等缺陷,特別不能有徑向刻痕,不允許使用斜墊片和雙墊片,安裝墊片時,必須處理法蘭密封面上一切影響密封的缺陷。
(3)馬5中轉站換熱器浮動管板的邊部換熱管距密封面距離小,受焊接熱影響作用大,在焊接換熱管過程中容易使換熱器浮動管板產生焊接變形變化,影響密封面的密封程度。在浮頭管板上焊接換熱管時,為了減少焊接時引起法蘭密封面變形,可將浮頭蓋法蘭(不焊封頭)及鉤圈用螺栓上緊,法蘭面與管板對記號。若在此基礎上增加其他鋼性固定,減少焊接時熱影響區內的焊接變形。
(4)上、下兩塊鉤圈在設計上采用螺栓固定,以防人為脫落,砸傷人及法蘭密封面。
(5)法蘭連接的注意事項。法蘭連接時應注意:①法蘭與筒體組裝前,要用角尺對筒體端面進行檢查,端面傾斜尺寸不能大于1 5mm;②法蘭與筒體組裝時,要用法蘭彎尺檢查法蘭的垂直度;③固定管板與換熱管組裝時,同樣也要用法蘭彎尺檢查固定管板與換熱管及折流板的垂直度;④法蘭與法蘭連接時密封面應保持平行。
