轻烃换热器壳体开裂原因分析

2020-09-10王剑宇谭正威

中国化工贸易·上旬刊 2020年4期

王剑宇谭正威

关键词：换热器;壳体;开裂

1 引言

两台结构和参数相同的浮头式换热器，名称为轻烃换热器A和轻烃换热器B，型号为BJS1800-2.5-930-6/25-4，壁厚20mm，封头壁厚22mm、管箱壁厚46mm，壳程设计压力为2.45MPa，设计温度为200℃，工作压力为1.84MPa，工作温度为42℃，管程介质为循环水，壳程介质为丙烯。制造单位为某建材制作安装有限公司，2004年5月随新装置投用。

轻烃换热器A因管束内漏装置检修，同时计划对轻烃换热器B壳程进行打压试漏，试压压力为2.3MPa，当水压升压至1.3MPa，壳体突然开裂，停止打压。

由于两台换热器的设备法兰均由同一厂家供货，因此对所有大法兰均同时进行各种检测，以便分析该法兰的开裂原因。

2 开裂的宏观表现

检查发现该换热器壳体靠近管箱侧筒体法兰（锻件）直管段热影响区（距焊缝3cm）部位从下至上沿整周长规则连续开裂，裂缝总长4044mm（壳体外周长为5777mm），

3 具体检查情况及初步分析

3.1 工艺操作原因分析

3月10日气分装置按计划进行停工处置，停工前该冷却器压力、温度、流量等各项参数平稳，无超标现象，停工过程中严格执行操作规程进行降温降压，从操作降压曲线可看出，压力下降平缓，由上午10时压力1.64MPa至下午16时压力降至1.22MPa，未对设备造成较大冲击。

3.2 检修质量原因分析

轻烃换热器B正常生产时壳程操作压力为1.8MPa，本次检修拟试压2.3MPa并保压30min。3月12日对该冷却器壳程上水试压，当压力缓慢升至1.3MPa时，冷却器壳体管箱侧法兰直筒段突然开裂，并延周向规则连续扩展至3/4圆周。裂纹位于焊缝热影响区距焊缝2 cm，该法兰为锻件，打压过程中未出现超压现象，因试压超压造成壳体法兰开裂的原因可排除。

3.3 介质腐蚀原因分析

塔顶气相精丙烯经塔顶空冷器冷却后，进入轻烃换热器A/B壳程与管程循环水进行冷凝冷却换热，然后进入塔顶回流罐，塔顶回流罐液相精丙烯经泵输送，一部分返回塔顶冷却，一部分出装置外送。轻烃换热器B壳程介质为精丙烯，丙烯纯度达99.7%，其中硫含量极低，化验结果仅为1mg/kg（指标为小于5mg/kg），含水为80mL/m3（指标为小于500mL/m3），且从抽出管束检查筒体内部的情况上看，内部杂质较少，壳体内部无明显腐蚀痕迹，壳体法兰因腐蚀开裂的原因可排除。

3.4 设备制造原因分析

换热器解体后，从壳体内部检查发现，开裂裂纹沿圆周上方有明显人工补焊痕迹，此法兰为整体锻造，不应有焊接迹象，可断定该锻件出厂前存在严重缺陷，厂家通过焊接的方式进行了修补，产品制造的质量问题是该冷却器筒体法兰开裂的主要原因。

为进一步了解法兰的材料采购、锻造、热处理及质量控制方面的情况，影响法兰原始缺陷的原因还包括以下几点：①法兰锻造工艺不合适，法兰毛坯厂业务量增大时，计算机操控的环锻机生产较忙，法兰毛坯成形过程采取了落后的外圆分步点压阶梯成形方法，过程繁琐、效率低、质量难以保证;②法兰锻造过程控制不好，锻造时缺乏常规的温度控制手段，仅凭锻造工肉眼观测和经验判断，局部温度低于820℃后，操作人员未按规定回炉加热，仍继续锻造加工，导致法兰母材部分损伤;③法兰锻坯正火热处理后，缺乏常规的硬度检测手段，无法发现法兰硬度明显偏高且不均匀的问题;④法兰出厂前只对法兰密封面及焊接坡口进行探伤检查，未能发现其他部位可能已存在的缺陷。

4 最终原因确定

综上所述，引起此次轻烃换热器B故障的原因如下：

4.1 直接原因

轻烃换热器B在检修壳程试压过程中，压力逐渐升高至1.3MPa时，筒体受压后突然开裂。

4.2 间接原因

轻烃换热器B筒体两侧法兰（锻件）制造出厂时存在严重的缺陷，制造厂对存在缺陷的位置进行了焊接处理，但设备长期运行后，发生了疲劳规则性开裂。

4.3 管理原因

①使用单位对设备驻场监造工作的要求和执行不到位，导致存在严重缺陷的设备以次充好，使用多年直至损坏;②使用单位在该台设备使用的16年期间，有俩次更换管束的经历，但未能及时检查出设备本体内部存在的缺陷;③大检修期间全面检验检测工作落实不到位，未能全面的、有效的检测出设备存在的重大缺陷。

4.4 整改措施

更换轻烃换热器A/B筒体和外头盖、加强设备出厂质量验收。

5 总结与启示

①严格控制法兰在制作加工过程中的每一个环节，包括冶炼、锻造及热处理，加强质量监督检查;②对法兰可能出现应力集中部位的加工要特别注意，严格按照设计要求执行;③换热器检修抽出管束后，对筒体进行全面检查，同时加强大检修检验检测工作。