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硫冷凝器失效分析及改造措施

文檔作者：陳滿(mǎn)，王黎明，鄒建東，宋俊霞文檔來(lái)源：甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司			點(diǎn) 擊數(shù)：
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2第01309年卷8月增 刊 1 PETR石O—C油HEM化ICA_丁I EQ設(shè)UIP備M ENT Vo1．39 Supplement 1
Aug．2010
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文章編號(hào)：1000—7466(2010)增刊1-0070—03
硫冷凝器失效分析及改造措施
陳 滿(mǎn)，王黎明，鄒建東，宋俊霞：
(甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州 730070)
摘要：分析了某煉油廠硫冷凝器換熱管與管板連接接頭失效的原因，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行
了相應(yīng)改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：冷凝器；換熱管；管板；結(jié)構(gòu)
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ O51．501 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
Failure Analysis and Reconstructive M easures of Sulphur Condenser
CHEN M an， W ANG Lj’ruing， ZOU Jian—along。SONG Jun—xia
(Lanpec Technologies Limited，Lanzhou 730070，China)
Abstract：In allusion to joints’failure of the sulpher condenser’S tubes and tube—sheets in a re—
finery，the causes was analyzed and solved in structural design accordingly． As a result．good
effect was obtained after reconstruction．
Key words：condenser；tube；tube—sheet； structural
某煉油廠三廢聯(lián)合處理裝置硫冷凝器為固定管
板釜式重沸器結(jié)構(gòu)。2007—06投入使用，數(shù)月后因
高溫端管板中心區(qū)域從上到下開(kāi)裂更換設(shè)備。
2008—07設(shè)備事故檢修，發(fā)現(xiàn)高溫端管板孔橋、管頭
失效二十余處，部分換熱管在非管頭處泄漏，低溫端
未見(jiàn)管頭和孔橋失效現(xiàn)象，工廠有害物質(zhì)排放量大
增，嚴(yán)重影響裝置的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行及當(dāng)?shù)乜?
氣質(zhì)量。文中介紹設(shè)備失效原因分析、設(shè)備結(jié)構(gòu)改
造以及設(shè)備改造后的運(yùn)行狀況。
1 硫冷凝器簡(jiǎn)介
該煉油廠三廢聯(lián)合處理裝置硫冷凝器有3臺(tái)，
位號(hào)依次為E一1、E一2、E一3，結(jié)構(gòu)均為單管程和單殼
程。管程介質(zhì)均為過(guò)程氣，介質(zhì)質(zhì)量流量依次為
11 576 kg／h、12 421 kg／h、14 904 kg／h；設(shè)計(jì)溫度均
為400。C，操作溫度依次為220。C／160℃ 、320。C／
160℃ 、370℃／160。C；設(shè)計(jì)壓力均為0．35 MPa，操
作壓力依次為0．037 MPa、0．043 MPa、0．049 MPa；
腐蝕裕量均為4 mm。殼程介質(zhì)均為凝結(jié)水，質(zhì)量
流量均為4 000 kg／h，設(shè)計(jì)溫度均為165℃ ，操作溫
度均為152 C，設(shè)計(jì)壓力均為0．6 MPa，操作壓力均
為0．36 MPa，腐蝕裕量均為3 mm。
該設(shè)備的功能是通過(guò)蒸發(fā)殼程飽和脫鹽水來(lái)冷
凝管程過(guò)程氣。管程過(guò)程氣為3股流。管箱內(nèi)直徑
2 000 mm，殼體釜部?jī)?nèi)直徑2 800 mm。筒體主要承
壓元件材質(zhì)20R，換熱管材質(zhì)20，管板材質(zhì)為20鍛
件。設(shè)備采用臥式布置，管板兼做法蘭，管箱可拆
卸。改造前管板連接及分程示意見(jiàn)圖1和圖2。
2 失效原因分析
2．1 溫差應(yīng)力
一般來(lái)講，單管程固定管板式換熱器中管板主
收稿日期：2O1O—O3一O9
作者簡(jiǎn)介：陳滿(mǎn)(1979一)，男，遼寧錦州人，工程師，學(xué)士，主要從事壓力容器設(shè)計(jì)及研制工作。
增刊1 陳滿(mǎn)，等：硫冷凝器失效分析及改造措施
設(shè)備法蘭 管板 換熱管
圖I 管板連接圖
圖2 管板分程不圖
要承受以下3種應(yīng)力：
① 管、殼程壓力作用引起的內(nèi)應(yīng)力。② 管、殼
程溫度差異所引起的溫差應(yīng)力。③在管板布管邊緣
區(qū)域因結(jié)構(gòu)不連續(xù)、變形協(xié)調(diào)所引起的內(nèi)應(yīng)力。其
中，溫差應(yīng)力是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，也是影響設(shè)備
安全可靠運(yùn)行的決定因素。
對(duì)該工位硫冷凝器，管程高溫端的過(guò)程氣溫度
與殼程介質(zhì)溫度相差較大，管板兩端面的壁溫差在
管板內(nèi)部可產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。同時(shí)，由于管板
厚度較大，管板兩端面之間的溫差應(yīng)力也相應(yīng)變大。
這些附加的溫差應(yīng)力、殼體與換熱管溫差應(yīng)力以及
壓力載荷引起的應(yīng)力相疊加，超過(guò)了管板材料的承
載能力，造成結(jié)構(gòu)失效。其中，位號(hào)E一3的硫冷凝器
高溫端管板兩端面溫差最大，因此硫冷凝器管頭和
孔橋失效主要集中于此I1 ]。
根據(jù)設(shè)備參數(shù)可知，殼程壓力大于管程壓力，管
程溫度大于殼程溫度。因此，壓力和溫度載荷均造
成管板向管程側(cè)凸起，從而使管板管程端面的應(yīng)力
大于殼程側(cè)。
硫冷凝器管程為三合一結(jié)構(gòu)，每股流體的進(jìn)口
溫度差異較大(220℃ 、320℃ 、370℃)，高溫端管板
端面的溫度場(chǎng)不均衡，產(chǎn)生附加的溫差應(yīng)力，惡化了
管板的承載能力。
2．2 液位
設(shè)備管程過(guò)程氣放熱、殼程飽和脫鹽水蒸發(fā)吸
熱，殼程筒體(已保溫)壁溫近似于殼程介質(zhì)溫度，換
熱管壁溫主要受殼程介質(zhì)溫度控制。當(dāng)換熱管全部
浸于液面以下時(shí)，換熱管壁溫相差不大且接近于殼
程介質(zhì)溫度，這樣換熱管與殼程筒體之間溫差應(yīng)力
較小且均衡。但當(dāng)出現(xiàn)液位降低，換熱管不能全部
浸于液面以下時(shí)，部分換熱管壁溫會(huì)迅速上升，換熱
管管頭將承受異常、突變、不均衡的溫差應(yīng)力，極易
造成換熱管管頭失效 ]。
另外，對(duì)于釜式蒸汽發(fā)生器，殼程液位應(yīng)高于頂
部換熱管頂點(diǎn)200 mm 以上。否則，液面發(fā)泡會(huì)引
起換熱管振動(dòng)，造成換熱管管頭失效。
通過(guò)上述分析，溫差應(yīng)力是造成硫冷凝器換熱
管與管板連接接頭和孔橋失效的最主要原因。其
次，液位控制不當(dāng)也是換熱器換熱管與管板連接接
頭失效的影響因素。
由于設(shè)備操作條件已經(jīng)確定，減小管板厚度成
為減小管板溫差應(yīng)力的最有效措施。因此，根據(jù)筆
者以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，使用薄管板換熱器代替原換熱
器結(jié)構(gòu)_6 j。
3 改進(jìn)措施
(1)管板管板改用撓性薄管板結(jié)構(gòu)。薄管板不
僅可降低管板兩端面間溫差應(yīng)力，而且在布管邊緣區(qū)
域，也可吸收換熱管與殼體間溫度差產(chǎn)生的對(duì)管板的
拉應(yīng)力。薄管板由于受換熱管的拉撐作用，承受壓力
載荷的能力完全滿(mǎn)足該工位換熱器承壓要求。
(2)布管 改進(jìn)布管方案，縮小原管板下部不布
管區(qū)域，在整個(gè)管板端面盡量均勻布管，改善布管邊
緣區(qū)域的受力狀況。
(3)殼程進(jìn)水分布管 改進(jìn)殼程進(jìn)水分布管結(jié)
構(gòu)，盡量沿長(zhǎng)度方向均勻分布凝結(jié)水，保證殼程溫度
場(chǎng)均衡。
(4)殼程底部排污管殼程底部增設(shè)排污橫管，
以利于殼程流體排污，保障殼程水質(zhì)。
(5)其他在蒸汽出口管線增設(shè)除沫器，降低蒸
汽夾帶現(xiàn)象。對(duì)換熱管管頭進(jìn)行局部熱處理，定期
對(duì)殼程凝結(jié)水進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)等。
(6)改造后結(jié)構(gòu) 改造后設(shè)備為單管程、單殼程
的薄管板釜式重沸器結(jié)構(gòu)，設(shè)備臥式布置，管板與管
箱采用設(shè)備法蘭連接，管箱可拆卸，硫冷凝器工藝接
口及安裝位置保持不變。改造后管板結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)
圖3。
第39卷增刊1
2O1O年8月
石油化工設(shè)備
PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．39 Supplement 1
Aug．2010
文章編號(hào)：1000—7466(2010)增刊1-0072—03
甲醇合成塔連接管焊縫缺陷修復(fù)
王永寧，石福高，張紅斌，崔振華
(中國(guó)石油吐哈油田公司甲醇廠，新疆鄯善838202)
摘要：介紹了甲醇合成塔大厚度管箱和連接管角焊縫出現(xiàn)裂紋的情況，對(duì)缺陷進(jìn)行了消除、返修、
熱處理及檢驗(yàn)，返修后的合成塔焊接質(zhì)量良好，投用后運(yùn)行正常，證明采用手工焊進(jìn)行修復(fù)是可行
的，可為類(lèi)似容器的焊接處理提供借鑒。
關(guān)鍵詞：甲醇合成塔；連接管；焊縫缺陷；修復(fù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TE 962 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
W eld Defects Repair of Connecting Pipe on M ethanol Synthesis Reactor
W ANG Yong-ning， SHI Fu-gao，ZHANG Hong-bin， CUI Zhen-hua
(Tuha Oil Field Company Methanol Plant of CNPC，Shanshan 838202)
Abstract：The methanol synthesis reactor over a large thickness of the tube box and the situation of fil—
let weld cracks is introduced，the defect was removed，using repair，heat treatment and inspection，and
repair welding，till the synthesis of good quality tower obtained．It is proved that the manual welding repair
was feasible，could provide a similar reference vessel welding processing．
Key words：methanol synthesis reactor；connecting pipe；weld defect； repair
4 結(jié)語(yǔ)
圖3 改造后管板結(jié)構(gòu)示意圖
改造后硫冷凝器一次試運(yùn)行成功，至今狀況良
好，換熱效果優(yōu)良，未出現(xiàn)換熱器換熱管與管板連接
失效等事故，確保了裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，減輕
了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保壓力。
參考文獻(xiàn)：
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(杜編)
收稿日期：2010—04—21
作者簡(jiǎn)介：王永寧(1963一)，男，陜西漢中人，工程師，碩士，從事設(shè)備安全管理工作。
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