SO3蒸发器碳钢列管的选材与安装控制

时间：2024-09-03

王志刚

（武汉青江化工集团股份有限公司，湖北武汉 430035）

SO3蒸发器是硫酸工业中生产延伸产品的关键设备，它的性能好坏直接影响产品的稳定生产，一旦发生泄漏不但造成系统停产，而且更换麻烦，如残液和烟气置换、保温拆除、管道脱开、设备吊装、焊接、保温恢复等都需进行处理。因此，保证SO3蒸发器的质量，提高其耐用性、延长其使用寿命是一个值得重视的问题[1-2]。为了保证SO3蒸发器的质量，根据笔者多年经验，可以从碳钢列管的选材与安装控制采取相应措施。

1 保证列管质量

SO3蒸发器常用的是列管式固定板式换热器，蒸发器内有数量众多的列管。在使用过程中，若其中1根列管发生泄漏，则需整体更换。因为列管泄漏不像外壳泄漏，可以补漏；列管泄漏难以查找，也较难处理，即使进行了相关处理，处理也不安全、不可靠，会影响其他列管。当列管发生泄漏时，需拆下来全面彻底洗净或重新全部换管。因此，列管的使用寿命直接关系到SO3蒸发器的使用寿命，列管的质量尤其重要。

列管的寿命取决于其管材，SO3蒸发器列管材质一般为碳钢，因此应保证钢管的质量。

1.1 注重钢管来源

为了保证蒸发器内全部换热钢管的质量，首先要注重钢管来源，建议选取来源可靠的正规无缝钢管厂家产品。实地考察钢管制造厂的实力，是否具备热处理和缺陷检测设备，设备是否在线正常使用，现场环境和管理是否达到要求等。从正规钢管制造厂家直购，可避免选到来历不明的管子，蒸发器用管较多，钢管制造厂愿意制造，甚至单独订做，这样的管子用于温度高的SO3蒸发器设备质量可靠。前期进行充分考察，后期可作为定点厂家，简单省心。如果委托外部企业制作SO3蒸发器，那么可以指定委外制作企业购买考察确认过的无缝钢管厂钢管。

1.2 钢管型号的选取

SO3蒸发器列管可采用GB 9948—2013《石油裂化用无缝钢管》标准中的10号钢管、20号钢管等，这几种型号的钢管与其他标准型号钢管价格相差不多，目前仅存在300元/t左右的差价，比GB/T 8163—2018《输送流体用无缝钢管》标准型号钢管高约300元/t，比GB 3087—2008《低中压锅炉用无缝钢管》标准型号钢管高约250元/t。为保证钢管加工质量，正规钢管制造厂家对每根钢管经过正火及回火热处理，涡流探伤检测，超声波探伤检测，出产品质量合格证明书。经过涡流探伤、超声波探伤检测，有缺陷钢管被淘汰，每根钢管出厂合格，保证了蒸发器列管在使用过程中均匀腐蚀，避免了个别钢管缺陷非正常腐蚀短命，消除“木桶”效应，延长蒸发器使用寿命。

1.3 选取合适的钢管壁厚

SO3蒸发器列管宜选取4.5～5.0 mm钢管壁厚，不建议采用像转化工序换热器常用的3.5 mm列管来套用。因为考虑蒸发器列管泄漏对生产影响较大，更换麻烦以及腐蚀裕量，钢管较薄时单位面积受力和加工制造时的影响都比管壁较厚时要大；若有伤缺，有效壁厚减小，且管子两端面还需打磨除锈，若增加1 mm，就增加了最薄弱管子的有效厚度，选取比3.5 mm厚1.0～1.5mm的无缝钢管是合适的。根据计算，若厚度增加28.57%，使得有效腐蚀裕量不止增加28.57%，能大幅提高使用寿命，减少更换周期。

2 制作安装过程关键点控制

SO3蒸发器在制作过程中，必须对一些关键点进行控制，从而消除影响列管使用寿命的一些因素。

2.1 钢管长度控制

SO3蒸发器常用的是列管两头管板固定式换热器，根据换热器列管的长度，比如为4 m长，考虑到实际货车托运，钢管厂一般1根钢管长度会做成1根列管的2倍，至少8.005 m（含切割损失长度0.005 m），运回后自己切割分为2根。在切割的过程当中，不论是钢管制作厂家切割成8.005 m，还是蒸发器制作单位切割成2根4 m的列管，都可能产生误差，产生少量切短的管子。如钢管厂和蒸发器制作单位在切割时切管定距架固定并不牢固或者不在一块基板上，出现大量切割后架子跑偏、切割机偏移和人为因素等，会出现少量短管，甚至斜口。1根切为2根，1段切长了，剩下另一段就短了，切短会造成浪费。需要特别注意的是，设计图纸时管板两端距离取4 m还是管子长度取4 m整数，要确认清楚，否则就会出错，因为管子长度设计为4 m，管板两端距离要小于4 m通常取3.99 m，列管露出管板5 mm；如果管板两端距离制作时一时疏忽也做成4 m，就麻烦了，列管短了。

另外，假如蒸发器制作时钢管出现了过短淘汰导致数量不够，差几根，此时不可能让钢管生产厂家为几根再生产和发货，但又必须完成蒸发器制作，这样临时找来代替的管子补上，很大可能会和前期管子不同，质量和壁厚不能保证，就是可疑管子，就可能会影响蒸发器的寿命。因此，列管采购除了数量上根据损耗和加工水平需有可靠备用外，以取露出管板8 mm或者10 mm来计算管长都是可以的，平均露出5 mm，实际制作时很难精细检查调整，如果是平均露出8 mm或10 mm则余量多一点，可避免某个环节偏差错误导致管子短不能用的几率，还能保证焊肉厚度有余地。如果是立式蒸发器，为了减少上封头开口检修时冒烟，可在上部管板上留一两根管子露头少点并特别焊接牢靠即可，以减少管板上面停用时的积酸。因此，为了保证钢管长度合适，切割钢管的定距限位物须牢固准确可靠，确保不能发生偏移，切割中途验证复核尺寸，做好质量控制，使定距切下来的管长相同。

2.2 监查跟踪列管加工安装到位

SO3蒸发器在制作的过程中，需要监查跟踪列管加工安装节点，若是本单位制作，监查跟踪较方便，委外加工就相对麻烦，但委外加工制作更需要过程验收，避免返工，因此更需要进行过程控制。

过程控制重点在于对关键点的控制：

1）在蒸发器壳体内部板件制作完成后才可拆开所定制的捆绑列管，查看制作现场，如果现场各种列管较多，堆放杂乱，须引起注意，因为搬运切割打磨等移动过程中存在一些偶然因素，会混入其他列管，若是列管单独存放，没有其他杂管则较放心。

2）对定制钢管验收确认，查看外表状况、数量、钢管厚度及每捆最短钢管长度等。

3）对现场切割钢管的定距长度复核并对牢固程度进行检查。

4）对管端除锈打磨程度进行查看，检查是否有过度磨损。

5）对蒸发器壳体管板两端长度复核，判断列管能够突出管板长度是否合适。

6）钢管加工好后开始穿管，穿管也是关键控制点。因为有些穿管操作人员为了方便进管，在钢管刚伸进管板孔后，习惯性地人为向下压折将管口端折弯，这样势必造成钢管应力损伤，在硫酸转化工序第一高温换热器列管内漏时常见到管板以下100～200 mm处先发生穿腐，除高温原因外，与此种处理方式也有关系。因此，在穿管时便应把关监督，避免此种现象发生，要求不受力直接穿管，并讲明原因。直到操作人员习惯为止，避免列管未用就发生损伤。穿管同时检查钢管两头漏出管板的长度，发现问题及时采取措施，预防处理，避免完工后再处理。对过短钢管进行淘汰，对偏短钢管，则作记号重点处理。

7）钢管全部穿满后再次检查列管露出长度并进行调整，管板与钢管之间施氩弧打底环焊和手工电弧填焊，在开始打底焊接后才可以放心离开，至此，完成全部跟踪关键过程控制，确保优质碳钢列管加工安装到位。

众所周知，烟酸浓度越低，钢管腐蚀越快：温度越高，腐蚀越快。笔者全程跟踪1套过度蒸发的蒸发器，以前正常使用一年，最短使用3个月。采用上述方法后，在进蒸发器发烟硫酸质量分数103.5%～105.5%，长期质量分数103.5 %，出蒸发器酸温170～200 ℃的过度蒸发苛刻腐蚀工况下，使用2年多仍完好在用。