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(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

石墨母换器(MⅡ与热AⅠ换热)的特点：耐腐蚀性能好，传热面不易结垢，传热性能良好。由于生产原因，设备运行一段时间后需倒停清理，因石墨抗弯和抗拉强度低，易脆裂，清理时需降低清洗压力，造成清洗难度加大，清洗过程中极易发生换热管断裂事件。TA2换热管母换器具有优良的耐腐蚀性,特别是耐含氯介质溶液的腐蚀,又因管壁可以做的较薄,提高了换热效率，密度小、强度高,设备重量轻，设备倒停后适宜高压清洗管内结疤。

1 设备泄漏原因分析

联碱装置Ⅱ过程的石墨母换器在生产过程中经常出现泄漏，造成母液互串，影响生产稳定运行，严重时造成生产停工。通过对设备结构及材质的分析，设备泄漏的主要原因为：①母换器为垂直安装(见图1)，密封套老化，石墨管重力下垂造成密封位置的变化，且因密封结构设计缺陷(见图2)，造成下部更换密封圈难度较大。②因石墨材质的脆性，造成换热管易断裂。

图1 换热器简图

图2 石墨母换器密封结构图

2 改造方案

结合泄漏原因分析，根据同行业改造经验，本着节约费用、简单易行的原则，只将换热管材质改为TA2，可利用闲置的碳化塔钛管进行改轧。但考虑母液的腐蚀性，碳钢部分采用耐腐蚀性能好的环氧玻璃鳞片漆防腐，只要严格执行防腐工艺，确保设备防腐层使用10年以上(后附防腐机理分析)。所以为保证设备制造质量，我们制定了严格的制造工艺。

表1 TA2管换热器技术参数表

制造过程及关键点：

钛换热管的改轧：φ63×2.5×3000改轧成φ38×1.5×6000。①首先进行选材，定尺寸；②酸洗；③冷轧；④真空正火；⑤管道涡流检测；⑥包装。

筒体卷制：按照图纸的技术要求进行验收，内部环氧玻璃鳞片漆防腐(严格执行防腐工艺)，筒体与管板焊接时注意过渡板的焊接要求。

3 换热管与管板的检验和加工

3.1 换热管

1)换热管按要求逐根水压试验验收，精确测量内、外径公差；

2)按实际测量壳程长度一次性切好换热管，避免穿管后用角磨机修磨长度时产生砂轮磨粒溅入管子与管板管孔之间，造成焊接时产生夹渣的接头隐患；

3)换热管穿管前胀接部位应进行除锈处理，管端除去内外毛刺很重要。

3.2 管板

1)管板为合格的锻件，内部材质应均匀，胀接面上无影响胀接质量的缺陷；

2)管板锻件做超声波复查；

3)管板与折流板上管孔加工采用同一块模板钻孔，确保每根换热管通过管板与折流板上的管孔在同一中心线上；

4)管板孔的钻削加工粗糙度及管桥宽度均按GB151—1999 Ⅰ级要求验收。管子与管孔的公差要求严格控制在0.3±0.05 mm范围内。

4 组 装

换热管采用先胀后焊的方法，使用液压贴胀(如果采用机械胀出现的油污等缺陷较多)可以消除管子与管板管孔的间隙，能有效的阻尼管束振动到管口的焊接部位，同时又可避免间隙腐蚀。但要保证管板管孔加工尺寸的公差与精度达到较为严格的要求。

1)按技术要求进行折流板、换热管及管板的组装，组装过程中特别注意避免破坏防腐层，如果发现有拉伤，立即采用补救方案喷涂；

2)液压胀接，胀接前采用洁净的压缩空气进行吹扫，保证胀接紧密程度均匀一致和可靠性。液压式胀管机胀头外径与管子内径的公差也要严格控制，胀接后进行测量胀大值(表2)。要保证管子—管板胀接良好，焊接时焊缝不易出现裂纹、气孔等缺陷，接头才能有足够的强度和良好的密封性、耐蚀性；

3)管子与管板胀接后，在管端留有15 mm长的未胀管腔，减少焊接应力对胀接的影响。但在焊接时，由于高温熔化金属的影响，间隙内气体被加热而急剧膨胀。焊缝收口处亦留下肉眼难以觉察的针孔，这一点需要我们注意避免。

表2 施胀前后管孔尺寸的测量记录

注：贴胀盛水试漏。

5 TA2的焊接

TA2材料本身极其活泼,常温下表面经钝化后是比较稳定的,但随着温度的升高,从250 ℃就开始吸收氢、400 ℃开始吸收氧、500 ℃以上开始吸收氮。这些气体都会使焊接接头脆化,因此TA2焊接时近缝区域需要含量≥99.99%氩气严格执行保护罩形式的保护气体。

1)焊前准备。换热管与管板待焊前要进行酸洗处理,除去表面的氧化物、油污等污染物。施焊前再次用丙酮清洗待焊区,同时去除换热管口内外的毛刺。特别注意的是，焊前的清理非常重要,能有效地避免气孔、裂纹的产生。

2)气体保护措施。为保证焊接时400 ℃以上外界气体不进入焊缝中，使用保护罩施焊，同时制作与换热管紧密接触的铜塞，焊接时插入被焊管头内，另一端的管头内通氩气背面保护，保证保护的效果，且铜塞还具有冷却作用。

3)焊接采用填丝氩弧焊。焊缝高度不小于管壁厚度的1.4倍。采用双层氩弧焊，第二层焊道起弧处至少要偏离第一层焊道起弧点15°，以消除第一层焊道中起弧和收弧点处可能产生的缺陷。图3所示起弧点在90°或180°位置,收弧点在45°或315°位置，避免下坡焊时造成虚焊,影响焊接接头质量。

图3 焊接起始点

6 焊后检验

6.1 外观检验

对管板表面用10倍放大镜进行100%检查, 按标准GB151—1999检验无裂纹、未熔合、气孔、夹渣等缺陷,焊接接头合格。

按JB/T4745—2002钛制焊接容器检验,焊接接头颜色为银白色视为合格，如为金黄色、蓝色应酸洗后成银白色，可控制使用。

对管板表面进行渗透(着色)检测,焊接接头无微细裂纹、气孔。

6.2 按照图纸技术要求进行水压试验

图4 焊接过程图片

图5 焊接后图片(未钝化)

7 设备防腐分析

设备碳钢部位采用环氧玻璃鳞片涂层防腐保护，环氧玻璃鳞片涂层是以环氧树脂为主要基料，以薄片状填料(10%～40%片径不等的玻璃鳞片)为骨料，添加各种功能添加剂混配成胶泥状或涂料状防腐材料，再经专用设备或人工按严格施工规程涂覆在被防护设备表面而形成的防腐蚀保护层。

玻璃鳞片是一种优良的抗化学药品和抗老化性的无机材料。玻璃鳞片是经1 700 ℃高温熔化再经独特工艺吹制而成，厚度为0.02～0.05 mm，片晶长度为1～3 mm。玻璃鳞片的片径纵横越大，涂层的抗渗透性能越强。玻璃鳞片能把涂层分割成许多小空间，使涂层中的微裂纹、微气泡相互分割，同时抑制了毛细管作用的渗透。玻璃鳞片的硬化收缩率只有其它材料的几十分之一，大大提高了涂层的附着力和抗冲击性能，抑制了涂层龟裂等缺陷。环氧玻璃鳞片涂层的耐温差性能，抗老化性能好，使涂层与钢材不易分层或剥离。从而保证了较好的耐蚀性。

8 结 论

TA2管母换器已稳定运行3年，没有发生泄漏。但与石墨管比较，TA2管壁上极薄的钙镁疤膜高压清洗起来比较困难，但采用酸洗可以解决。

同时可以看出，碳钢设备进行严格有效的防腐，是可以延长设备使用寿命。

最后进行简单的经济效益计算：母换器制作新外壳、封头(环氧玻璃鳞片漆防腐)、钛复合管板，钛管利用老厂碳化塔拆的钛管，经过轧制得到所需的尺寸。具体费用：钛管利旧4 t；改轧加工费2.5万元/t；市场钛管价格15万元/t；节省钛管投资费用65万元，减去制造及安装改造费用40万元，节约费用25万元/台。设备运行稳定，没有计算因生产波动而影响的产量价值。

[1] 周振丰，张文钺.焊接冶金及金属焊接性[M].北京：机械工业出版社，1993

[2] 全国压力容器标准化技术委员会.《钛制焊接容器》标准释义[M]. 昆明：云南科技出版社，2003

[3] 全国压力容器标准化技术委员会.GB151-1999管壳式换热器标准释义[M].2000