入塔气预热器第三节筒节整体更换方案

时间：2024-07-28

陈海峰郝晓东王成林

(山西阳煤化工机械有限公司)

入塔气预热器第三节筒节整体更换方案

陈海峰*郝晓东王成林

(山西阳煤化工机械有限公司)

针对某入塔气预热器运行5年之后第三节筒体已达报废级别的情况，制定了筒体整体更换的返修方案，并总结了施工时的注意事项。

入塔气预热器返修热处理水压试验

山西焦化集团有限公司四厂入塔气预热器于2007年12月制造完成，2008年投入使用，2013年12月应该厂邀请，山西阳煤化工机械有限公司对预热器进行厚度检验，参照JB/T 4730.3-2005标准[1]利用超声波测厚仪(HSQ6)复验，发现其中一壳程筒节所用材料按原设计厚度应为48mm，实测厚度为24mm，判定缺陷等级为V级。初步判断该缺陷可能是由于钢板在制作过程中工艺控制不当而造成中部晶粒粗大或者组织偏析造成的。为了挽回由此可能造成设备报废的损失，通过对此换热器整体结构和强度设计的计算，认为可通过返修达到原设计要求。该设备为立式且筒体较长，现场返修难度较大，笔者拟定了返修方案并确定返修步骤。

1 设备结构及主要技术参数

入塔气预热器为按压差设计的换热器，属Ⅱ类压力容器，壳程与管程设计压力均为6.7MPa，工作压力分别为6.1、6.0MPa，水压试验压力均为10.3MPa(壳管程应同时升压)；设计温度分别为230、290℃，工作温度分别为53/210℃和235～270/91℃。设备壳程腐蚀裕度为2mm，壳体规格为DN1800mm×48mm。设备整体结构如图1所示。

图1 入塔气预热器设备整体结构

2 设备返修方案

预热器第三节筒体所用的δ48mm、16MnR钢板不符合设计图样规定的JB/T 4730.2Ⅱ级板的要求，根据现行压力容器法规、规范及标准[2～4]，决定对入塔气预热器第三节筒节进行整体更换。由于需更换筒节处于第二层方形框架平台位置，框架与筒节外部之间距离约为500mm，筒节的移除、吊运、装焊难度较大，尤其是筒节移除后设备约75t的上段部分保持原有平衡性、稳定性是本次返修的重中之重。经研究分析，决定对该筒节采用分三片逐一更换、最后整体施焊的方式进行。

3 返修前准备

3.1材料准备

采用现行GB 713-2008标准[5]并考虑避开原焊接接头的热影响区、压头预弯工艺余量及筒体实际展开长度需要等因素后，决定采用一张δ48mm、Q345R(正火)，2200mm×6500mm定尺板。材料使用前进行100%UT检测复检，符合JB/T 4730.2Ⅱ级合格。进行化学成分分析、力学性能和0℃冲击试验合格。

3.2更换筒节的制作

按工艺尺寸下料并验收合格后，采用刨边机沿长度方向加工两端坡口(图2)。

图2 更换筒体端面坡口示意图

钢板两端利用卷板机预弯或加热后在油压机上压头预弯，预弯弧长不小于600mm，采用铁皮样板检查，样板的弦长不小于600mm，预弯弧度必须符合样板弧度。根据现场测量的第三节筒节的实际外圆周长，换算成所需展开料长并加上卷制成形后的热处理产生的收缩量，均开后在预弯合格的板料两端划出切割线。割去工艺压头余量，并按焊接工艺要求切割打磨A类焊接接头坡口。

卷制成形DN1800mm×48mm、H=2200mm，要求对口错边量不大于3mm，合格后按焊接工艺进行点固，然后用卷尺配合样板对筒节几何形状和尺寸进行检验，应符合GB 151-1999中6.2.1条的规定[4]：

a. 其内直径允许偏差通过外圆周长加以控制，理论外圆周长为5 956.5mm，允许的上偏差为10mm，下偏差为零；

b. 筒体同一断面上，最大直径和最小直径之差不大于7mm。

检验合格后，对筒节进行消除应力热处理，热处理完成后，以点焊的A类接头为基准，将筒节沿环向均分为三等分，在每等分点上划出轴向切割线，按标记线切开并按图2割磨坡口，坡口表面及50mm范围内100%MT检测Ⅰ合格。

利用地面划出放样线，按线对各瓣片进行预组对，并根据组对情况进行瓣片的校正。

4 返修实施过程

4.1割除第三节筒体

由于设备内为易燃、易爆气体，动火前应采用惰性气体或氮气将设备内的原有气体彻底置换并取样检测，检测合格后拆除壳、管程所有连接口接管，应保证设备管口处于完全敞开状态，并应在入塔气入口和出口安装排风扇，保证设备内空气的流畅。

割除前，在顶部平台上增加工字钢梁对设备进行稳定加固(图3)，以限制返修时设备的晃动。通过该筒节的逐瓣交替更换使设备上段部分约75t的重量仍依靠下部进行支承。

图3 设备上部加固示意图

按照更换宽度对第三节筒节进行划线，并根据实际制作的筒节瓣片长度划分切割线。割除前，应在每块要割除的筒体瓣料上焊接不少于两个吊耳，并用钢丝绳或倒链等进行吊挂，避免坠落引发安全事故。割除时先采用电弧气刨，留2～3mm，然后用角向砂轮机打磨切开。为了防止出现刨透后的熔渣、飞溅损伤换热管，电弧气刨时一般应为切线方向。

按切割线并留出适当余量割下第一块瓣片后，贴靠筒体外壁从第二层平台上部移出，并及时对裸露的换热管表面采用石棉布捆扎保护换热管，然后割磨设备上筒体的B类焊接接头坡口，并对坡口表面及50mm范围内100%MT检测Ⅰ级合格。

吊装第一个瓣片，同样在第二层平台上部贴靠筒体并移入指定位置，按焊接工艺点焊牢固，同时瓣片外部上、下端各采用3块纵向筋板与原筒体焊接加固。按同样步骤割除、组对、加固第二块和第三块瓣片，并对瓣片之间的纵向焊缝采用筋板进行加固。

4.2焊接

焊前应进行预热，预热温度100～250℃。采用交替焊接A、B类焊缝的方法，先将A类缝焊接一半厚度，再将上、下B类缝焊接一半厚度，最后依次将A、B类缝焊接完成。选用的焊工资质为GTAW-FeⅡ-6G-3/57-Fefs-02/11/12+SMAW-FeⅡ-6G(K)-3/57-Fef3J。采用手工氩弧焊打底，手工电弧焊盖面，焊接参数见表1。

表1 组焊A、B类焊接接头的参数

4.3无损检测

根据现场情况，对更换后的所有A、B类焊接接头进行100%UT检测，符合JB/T 4730.3-2005 中I级合格。要求焊接到焊缝高度一半和焊接完成后分别进行UT检测。

4.4局部热处理

对焊接完成后的A、B类焊接接头进行局部消除应力热处理，工艺如图4所示。

图4 整节筒体整体热处理及A、B类焊接接头局部热处理曲线

4.5耐压试验

试压时必须保证设备壳程、管程同时升降压，壳程与管程最大压差应小于0.6MPa。先缓慢升压至设计压力6.7MPa，确认无泄漏后继续升压至10.3MPa，保压30min，然后对反应器所有焊缝和连接部位作初次目视渗漏检查，确认无渗漏；最后将压力降至设计压力6.7MPa并保压足够长时间，对所有焊接接头和连接部位进行检查，无泄漏，无可见变形，试验过程无异声响。