換熱器法蘭密封面墊子失效原因分析及解決方法
長(zhǎng)輸管線(xiàn)沿線(xiàn)各站使用的浮頭式換熱器經(jīng)常發(fā)生刺漏,馬5中轉(zhuǎn)站安裝投運(yùn)的兩臺(tái)BES700型浮頭式換熱器投運(yùn)不到8個(gè)月,浮頭法蘭、管箱法蘭墊失效刺漏達(dá)4次之多,其中最嚴(yán)重的一次,泄漏的原油從蒸汽管路進(jìn)入鍋爐鍋筒中,直接影響了長(zhǎng)輸管線(xiàn)的正常運(yùn)行。更換墊子時(shí)發(fā)現(xiàn):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(shù)凹坑周邊約有1/2以上凸起;②目測(cè)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(zhuǎn)站擔(dān)負(fù)著每日1200m3原油液量的外輸任務(wù),為順利地把原油輸送到距其8 2km的黃玨聯(lián)合站,要求出換熱器原油的溫度為60～70℃。
(1)溫度對(duì)材質(zhì)性能的影響。馬5中轉(zhuǎn)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、螺栓等停車(chē)場(chǎng)劃線(xiàn)材料在使用過(guò)程中,因長(zhǎng)期處在100～120℃的高溫的環(huán)境下,其機(jī)械性能降低,還會(huì)發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象(同質(zhì)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(dǎo)致法蘭對(duì)墊子的壓緊量減小而刺漏。
(2)溫度對(duì)墊片的影響。馬5中轉(zhuǎn)站換熱器法蘭使用的是耐油石棉橡膠板做的墊子,墊片長(zhǎng)期在55～120℃的高溫作用下會(huì)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(dǎo)致馬5中轉(zhuǎn)站換熱器法蘭墊子泄漏。
(4)熱疲勞的影響。換熱器在工作過(guò)程中,受反復(fù)加熱和冷卻,使之產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,特別是螺栓反復(fù)受此力作用,結(jié)構(gòu)遭到破壞,螺母松動(dòng)擰緊力減小,致?lián)Q熱器法蘭墊子泄漏。2.2壓力波動(dòng)的影響
1)馬5中轉(zhuǎn)站定期用1000m3事故罐底水,大排量對(duì)8 2km的長(zhǎng)輸管線(xiàn)進(jìn)行清蠟,或上游來(lái)水量增加,因此當(dāng)管線(xiàn)內(nèi)輸大量水時(shí),其粘滯阻力減小,外輸干壓減小,此時(shí)產(chǎn)生壓力波動(dòng),壓力波動(dòng)量約為0 15～0 25MPa。
(2)加大外輸排量時(shí)干壓升高,產(chǎn)生的壓力波動(dòng)量約為0 15～0 25MPa
(3)因各種故障需頻繁停、啟時(shí),產(chǎn)生的壓力波動(dòng)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(chǎn)生變形,造成墊子失效。2.3設(shè)計(jì)方面的原因
(1)馬5中轉(zhuǎn)站換熱器浮動(dòng)管板的邊部換熱管距密封面距離小。在更換墊子時(shí),目測(cè)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(guò)程中容易使換熱器浮動(dòng)管板產(chǎn)生變形變化,影響了原加工尺寸的穩(wěn)定性,從而使法蘭密封面發(fā)生變化,影響了浮頭法蘭密封程度,導(dǎo)致泄漏。(2)馬5中轉(zhuǎn)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(zhì)比較軟,在制造、焊接、組裝施工過(guò)程容易變形破損,從而導(dǎo)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(duì)口平行度有偏差。密封面之間若發(fā)生0 15mm的偏差(見(jiàn)圖1),上法蘭螺栓時(shí)很難將墊片壓緊,導(dǎo)致該點(diǎn)優(yōu)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(shí)發(fā)現(xiàn)1#、2#換熱器浮頭蓋法蘭密封面上的凹坑深度多數(shù)小于1mm,1#換熱器浮頭蓋法蘭密封面內(nèi)圈邊上約有3mm長(zhǎng),深度大于1mm的徑向刮傷凹坑,邊上1/2凸起。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況分析,這些凹坑、凸起缺陷的產(chǎn)生,可能都是在拆卸、組裝時(shí)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?lián)Q熱器法蘭墊子泄漏,或密封面腐蝕致?lián)Q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(shè)備,長(zhǎng)期經(jīng)受高溫、高壓的臺(tái)車(chē)爐工作環(huán)境,其設(shè)計(jì)、制造、維修都需嚴(yán)格遵守各種規(guī)程,針對(duì)目前換熱器法蘭經(jīng)常刺漏現(xiàn)象,本文提出以下幾點(diǎn)解決方法。
(1)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生換熱器換熱管漏失時(shí),因換熱器殼程內(nèi)結(jié)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(kāi)孔眼穿換熱管,這樣可以減少設(shè)計(jì)上造成的漏點(diǎn)數(shù)量。用此方法,在發(fā)生多根換熱管泄漏,影響過(guò)流面積和換熱面積時(shí),割開(kāi)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?yàn)榻饘賶|片的密壓比為110MPa,比3mm厚的橡膠石棉板墊片整整大10倍(現(xiàn)已經(jīng)采用金屬墊片,使用效果很好)。法蘭墊片不應(yīng)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(shí),必須處理法蘭密封面上一切影響密封的缺陷。
(3)馬5中轉(zhuǎn)站換熱器浮動(dòng)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(guò)程中容易使換熱器浮動(dòng)管板產(chǎn)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(shí),為了減少焊接時(shí)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(duì)記號(hào)。若在此基礎(chǔ)上增加其他鋼性固定,減少焊接時(shí)熱影響區(qū)內(nèi)的焊接變形。
(4)上、下兩塊鉤圈在設(shè)計(jì)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(xiàng)。法蘭連接時(shí)應(yīng)注意:①法蘭與筒體組裝前,要用角尺對(duì)筒體端面進(jìn)行檢查,端面傾斜尺寸不能大于1 5mm;②法蘭與筒體組裝時(shí),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(shí),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(shí)密封面應(yīng)保持平行。
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