长输管线沿线各站使用的浮头式换热器经常发生刺漏,马5中转站安装投运的两台BES700型浮头式换热器投运不到8个月,浮头法兰、管箱法兰垫失效刺漏达4次之多,其中最严重的一次,泄漏的原油从蒸汽管路进入锅炉锅筒中,直接影响了长输管线的正常运行。更换垫子时发现:①拆卸1#换热器浮头盖法兰密封面上有一处撞击形成的凹坑,凹坑周边约有1/2凸起。2#换热器浮头盖法兰密封面上有五处撞击形成的凹坑,多数凹坑周边约有1/2以上凸起;②目测浮头管板密封面在管束处高,周边低;③按图纸要求,换热器垫片使用的是JB/T4720—92橡胶石棉垫,符合图纸要求;④浮头管板边缘管束焊缝离密封面距离6～8mm。2.换热器法兰密封面垫子失效刺漏的原因分析2.1温度的影响
马5中转站担负着每日1200m3原油液量的外输任务,为顺利地把原油输送到距其8 2km的黄珏联合站,要求出换热器原油的温度为60～70℃。
(1)温度对材质性能的影响。马5中转站换热器浮头盖与浮头管板的密封是两块钩圈钩卡在管板背面,形成卡钩法兰,用螺栓连接,卡钩法兰是整体加工后切成两瓣。钩圈、螺栓等材料在使用过程中,因长期处在100～120℃的高温的环境下,其机械性能降低,还会发生蠕变和应力松弛现象(同质的钩卡不同的部位其热胀量也不同),使螺栓的拉紧力减小。导致法兰对垫子的压紧量减小而刺漏。
(2)温度对垫片的影响。马5中转站换热器法兰使用的是耐油石棉橡胶板做的垫子,垫片长期在55～120℃的高温作用下会使其老化而失去弹性造成垫子漏失。
(3)温度差的影响。换热器法兰、筒体、螺栓、管箱、垫片之间存在温度差,使各部分热胀冷缩不均,导致马5中转站换热器法兰垫子泄漏。
(4)热疲劳的影响。换热器在工作过程中,受反复加热和冷却,使之产生较大的热应力,特别是螺栓反复受此力作用,结构遭到破坏,螺母松动拧紧力减小,致换热器法兰垫子泄漏。2.2压力波动的影响
1)马5中转站定期用1000m3事故罐底水,大排量对8 2km的长输管线进行清蜡,或上游来水量增加,因此当管线内输大量水时,其粘滞阻力减小,外输干压减小,此时产生压力波动,压力波动量约为0 15～0 25MPa。
(2)加大外输排量时干压升高,产生的压力波动量约为0 15～0 25MPa
(3)因各种故障需频繁停、启时,产生的压力波动量在0～2 5MPa之间。换热器法兰、螺栓、垫子在上述交变的压力作用下容易产生变形,造成垫子失效。2.3设计方面的原因
(1)马5中转站换热器浮动管板的边部换热管距密封面距离小。在更换垫子时,目测浮头管板边缘管束焊缝离密封面距离只有6～8mm,这样在焊接换热管过程中容易使换热器浮动管板产生变形变化,影响了原加工尺寸的稳定性,从而使法兰密封面发生变化,影响了浮头法兰密封程度,导致泄漏。(2)马5中转站换热器选用耐油石棉橡胶板做换热器法兰垫子,由于石棉橡胶垫性质比较软,在制造、焊接、组装施工过程容易变形破损,从而导致法兰垫片失效剌漏。2.4加工精度的影响
换热器固定管板法兰密封面的管板与管束不垂直,使两法兰对口平行度有偏差。密封面之间若发生0 15mm的偏差(见图1),上法兰螺栓时很难将垫片压紧,导致该点优先泄漏。
2.5人为方面的原因
法兰密封面上的凹坑、凸起缺陷,影响法兰的密封程度。马5换热器在11月上旬更换垫子时发现1#、2#换热器浮头盖法兰密封面上的凹坑深度多数小于1mm,1#换热器浮头盖法兰密封面内圈边上约有3mm长,深度大于1mm的径向刮伤凹坑,边上1/2凸起。根据现场施工情况分析,这些凹坑、凸起缺陷的产生,可能都是在拆卸、组装时损伤。拆下浮头盖后其下部的钩圈在往里碰撞后脱落,砸到浮头盖法兰密封面而损坏法兰密封面。2.6腐蚀的影响
螺栓的丝扣腐蚀影响螺栓的拧紧力致换热器法兰垫子泄漏,或密封面腐蚀致换热器法兰垫子泄漏。3.解决方法换热器是大型焊接的压力容器设备,长期经受高温、高压的工作环境,其设计、制造、维修都需严格遵守各种规程,针对目前换热器法兰经常刺漏现象,本文提出以下几点解决方法。
(1)现场发生换热器换热管漏失时,因换热器壳程内结垢、锈蚀难以将损坏的换热管抽出更新热管。建议将固定管板与换热器筒体法兰焊为一体,即在筒体上焊上盲法兰,盲法兰上开孔眼穿换热管,这样可以减少设计上造成的漏点数量。用此方法,在发生多根换热管泄漏,影响过流面积和换热面积时,割开法兰更换全部的管程。
(2)由于耐油石棉橡胶板垫子存在诸多不利因素,建议使用金属垫片作为法兰密封垫。因为金属垫片的密压比为110MPa,比3mm厚的橡胶石棉板垫片整整大10倍(现已经采用金属垫片,使用效果很好)。法兰垫片不应有疙瘩、裂缝、凸坑、皱纹、毛刺等缺陷,特别不能有径向刻痕,不允许使用斜垫片和双垫片,安装垫片时,必须处理法兰密封面上一切影响密封的缺陷。
(3)马5中转站换热器浮动管板的边部换热管距密封面距离小,受焊接热影响作用大,在焊接换热管过程中容易使换热器浮动管板产生焊接变形变化,影响密封面的密封程度。在浮头管板上焊接换热管时,为了减少焊接时引起法兰密封面变形,可将浮头盖法兰(不焊封头)及钩圈用螺栓上紧,法兰面与管板对记号。若在此基础上增加其他钢性固定,减少焊接时热影响区内的焊接变形。
(4)上、下两块钩圈在设计上采用螺栓固定,以防人为脱落,砸伤人及法兰密封面。
(5)法兰连接的注意事项。法兰连接时应注意:①法兰与筒体组装前,要用角尺对筒体端面进行检查,端面倾斜尺寸不能大于1 5mm;②法兰与筒体组装时,要用法兰弯尺检查法兰的垂直度;③固定管板与换热管组装时,同样也要用法兰弯尺检查固定管板与换热管及折流板的垂直度;④法兰与法兰连接时密封面应保持平行。
