催化装置蒸汽发生器管束泄漏与修复
摘要：简述了某炼油厂催化装置一中蒸汽发生器换热管与管板泄露一次修复的整改方案及修复过程的难点，修补后发生二次泄漏管束报废。
关键词：换热管与管板；泄露；修复;二次泄露，报废一、概况.
某石化炼油厂催化装置一中蒸汽发生器在使用过程中发生泄露，在停工检修期间对其发生泄露的原因进行调查分析，初步找出泄露的主要原因，并确定了修复方案，管束返厂进行修复，修复后使用一段时间发生二次泄露。
二、换热器管束泄露存在的主要缺陷
该换热器管束在检修期间进行返厂修复，首先对一中蒸汽发生器管束的管板、管束进行了外部宏观检验，发现管板外表面布满油污，将入口、出口两侧管板外表面进行清理，并进行 PT/100%/Ⅰ检测，发现此管束只有入口第一管程处管板与换热管角焊缝根部、管板管桥处存在大量裂纹，有的已延伸至管板内部及换热管上，且裂纹方向不一入口其它管程及换热器出口侧均无裂纹及其它缺陷。
三、初步分析产生泄露的原因
此换热投入使用时间较短即发生了泄露，因此对产生泄露的原因进行了初步分析，从换热器在厂制造及设备现场使用两方面进行了分析。初步认为是由于设备在制造过程中，换热管与管板焊缝存在一定的焊接残余应力，该设备在使用过程中，换热管板入口第一管程在高温条件、硫腐蚀等环境下发生开裂，裂纹不断扩展直至延伸至管板及换热管。
四、修复方案确定及修复过程
通过多方讨论研究最终确定此换热器管束的修复方案为将第一管程的215根换热管全部进行更换。修复的主要过程及出现的难点：
1.首先将第一管程的215根换热管全部抽出。换热管抽出后，发现焊接裂纹从管板外侧往管板内部延伸，有个别的换热管管壁也有延伸裂纹，仔细观察发现，入口第一管程管板上存在大量的裂纹，而且裂纹走向不一，且较长较深。管板上裂纹的清除为重点问题，处理不当或清除不干净，可能使整块管板报废。考虑到此换热器经过使用，所以在清除管板裂纹前，为防止裂纹的再扩大延伸，对管板进行了6h-8h的消氢处理，然后在进行裂纹的清除工作。图1为换热管抽出后，管板上存在裂纹情况。
图1 图2
2.采用砂轮修磨的方法，清除管板上的所有裂纹。管板裂纹存在较多，清除较困难。图4为裂纹清除后的管板表面。
3.管板上的裂纹清除后，对管板进行PT/100%/Ⅰ检测,确保裂纹完全清除干净后，方可对管板进行补焊。为减少补焊处焊接应力，提高抗裂性，避免裂纹的产生，焊接前，对第一管程管板进行150-200℃的预热，图3。管板补焊采用钨极氩弧焊。
图3 图4
4.换热管采用标准GB 9948-2006《石油裂化用无缝钢管》，按图纸规定值进行逐根试压，保证换热管本身无泄漏，无裂纹，图4。试压合格后，进行换热管的管头处理。
5.管板补焊完成并打磨至与原管板齐平后，再次进行渗透检测，确定无裂纹及其它缺陷后，方可进行穿管作业。
6.换热管与管板焊接。换热管与管板焊接严格按照图纸要求进行组装，并进行强度焊+贴胀。焊接采用管板自动焊机焊接，严格按照焊接工艺规定的焊接参数进行施焊。因为管板已经焊接修补过，经过很多次热冷过程，硬度有一定的提高，因此采取了焊接前进行150-200℃的预热，并使换热管与管板焊接时始终保持焊接部位处于150-200℃之间，并采取合理的焊接顺序，减少焊接变形。换热管接头全部焊接完毕后立即进行了620±20℃的焊后消除应力热处理，减低焊缝的残余应力。
7.热处理后对换热管与管板焊接接头进行PT/100%/Ⅰ检测，经检测，第一管程管头没有裂纹的缺陷的存在，检测合格。之后进行管头的胀接。图5，图6为修补完成后的管板。
图5 图6
8.管束回装，现场试压，管束回装后，按照规定试验压力进行试压，试验过程中，管束管头无泄漏，试压合格。
五、修复后的使用情况
此一中蒸汽发生器经过此次修复，没有达到预计的使用效果，虽然修补完成后，经过试压没有泄漏，但是经过4个月的使用后，此台换热器管束再次发生了泄露，泄漏情况与第一次相同，都为入口第一管程出现裂纹导致泄露。经多方研究决定，此台换热器管束报废，不具备再次修补的条件。
此台设备管束从投入使用至失效报废还不到一年的时间，初次泄露时相关方进行了初步的原因分析，再次泄露发生的原因应该进深一步查找，为重新制造管束防止类似情况泄露，做好预防措施。
六、防护、改进措施
此台换热器管束报废，引起多方的深思与重视，因为此管束只在入口第一管程处产生裂纹的最终原因不明确，制造厂重新制作一台换热器管束不能保证不再发生类似情况的泄露。经过初次泄露的原因分析及查阅了其它多台类似管束泄露的情况，笔者初步总结了防护、改进的措施。
1.设计方面是否应该结合现场使用及工艺操作情况，重新考虑设备的结构缺陷及材质是否升级问题，改变换热管与管板的连接形式或者进行必要的材质升级，降低管板焊缝部位的残余应力集中及操作介质腐蚀元素的影响。
2.制造厂在制造管束的过程中，管板与换热管的焊接采用合理的焊接方法和焊接顺序，并采取必要的消除应力热处理，降低管板处焊缝的残余应力。
3.生产使用上，严格执行操作工艺，改善设备工作条件。
