胡澤君

（重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司，重慶 408601）

二段轉(zhuǎn)化爐廢熱鍋爐手孔法蘭泄漏原因分析及在線處理

胡澤君

（重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司，重慶 408601）

介紹合成氨裝置二段轉(zhuǎn)化爐廢熱鍋爐手孔法蘭泄漏情況，分析泄漏原因，采用夾具注膠的方式進(jìn)行了不停車帶壓堵漏，取得較好效果。

手孔法蘭；在線處理；泄漏；高溫高壓焊接

1 概述

重慶建峰化工股份有限公司化肥裝置采用美國布朗合成氨工藝，設(shè)計生產(chǎn)能力為1 000 t／d。其中，二段轉(zhuǎn)化爐廢熱鍋爐是列管式換熱器，柔性管板上共有404根換熱管和一根φ273 mm的旁路管與管板連接，旁路管出口有一個擋板控制廢熱鍋爐的出口工藝氣溫度。入口管板上有75mm的耐火砼保護(hù)管板避免被高溫工藝氣燒壞，換熱管的進(jìn)口端有保護(hù)套管，避免管板處溫差太大。該設(shè)備主要作用是：通過廢熱鍋爐換熱產(chǎn)生高壓蒸汽，并經(jīng)汽包進(jìn)行汽液分離后，進(jìn)入蒸汽過熱器與工藝氣進(jìn)一步換熱，最后將合格的工藝氣和蒸汽送往后端。其原理是：在二段轉(zhuǎn)化爐頂部加入空氣，燃料氣和空氣在上部錐體處燃燒，產(chǎn)生熱量；來自一段轉(zhuǎn)化爐的工藝氣，在轉(zhuǎn)化管內(nèi)催化劑的作用下，發(fā)生蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)；離開二段轉(zhuǎn)化爐的工藝氣甲烷含量降至1.65%，出口溫度達(dá)到869℃，進(jìn)入廢熱鍋爐的管程，與殼程的水換熱，產(chǎn)生12.8 MPa（表壓）的高壓蒸汽；工藝氣溫度降到479℃后進(jìn)入蒸汽過熱器進(jìn)一步降溫；廢熱鍋爐殼程331℃的鍋爐給水轉(zhuǎn)化為331℃的蒸汽，通過3根上升管進(jìn)入汽包進(jìn)行汽液分離，水通過3根下降管回到廢熱鍋爐，蒸汽進(jìn)入蒸汽過熱器過熱。通過對廢熱鍋爐內(nèi)部的旁路閥調(diào)節(jié)，保證工藝氣以388℃進(jìn)入高溫變換爐，出口的蒸汽溫度為384℃進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐對流段進(jìn)一步加熱。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程簡圖

100H01—一段轉(zhuǎn)化爐；100R01—二段轉(zhuǎn)化爐；TI124—二段轉(zhuǎn)化爐出口工藝氣溫度；100E08—轉(zhuǎn)變廢熱鍋爐；TZ125—轉(zhuǎn)變廢熱鍋爐擋板蝶閥；TI262—轉(zhuǎn)變廢熱鍋爐出口工藝氣溫度；100E09—蒸汽過熱器；100R02—高溫變換爐；100V07—汽包；SS—高壓蒸汽

2 問題的產(chǎn)生

合成氨裝置二段轉(zhuǎn)化爐廢熱鍋爐于2007年更新改造，投入運(yùn)行至今已有7 a。2014年5月8日，發(fā)現(xiàn)廢熱鍋爐手孔法蘭有蒸汽冒出，當(dāng)即進(jìn)行緊固處理，消除泄漏。2014年5月12日7∶00該處又出現(xiàn)泄漏，通過緊固處理效果不明顯，仍然有微漏。該處的鍋爐水介質(zhì)見表1，如果多次帶壓緊螺栓極易發(fā)生螺栓斷裂事故，造成大量高壓鍋爐水噴出，嚴(yán)重威脅人身及設(shè)備安全[1]，不但造成一段轉(zhuǎn)化爐等設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，還將造成全線停車，損失慘重。因此，尋求一個既科學(xué)又安全的處理措施已迫在眉睫。

表1 工藝參數(shù)及法蘭材質(zhì)規(guī)格

3 泄漏產(chǎn)生的原因分析

導(dǎo)致法蘭泄漏的原因可能有多種，包括密封墊材質(zhì)、結(jié)構(gòu)，連接面是否光潔，螺栓預(yù)緊力等。根據(jù)廢熱鍋爐手孔法蘭經(jīng)緊固螺栓能減少泄漏，說明其主要的原因還是螺栓預(yù)緊力的影響。據(jù)英國海上操作者協(xié)會（UKOOA）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)報告[2]，81%的法蘭泄漏是由于不正確的螺栓預(yù)緊力造成的。

在使用傳統(tǒng)緊固方式進(jìn)行緊固時，諸如呆扳手、敲擊扳手等工具，由于力臂的存在，作用力會對螺栓形成側(cè)向偏載（見圖2），使螺栓螺母之間的摩擦力增大且無法預(yù)知，損失的扭矩也無法確定，加之螺紋嚙合部分及螺栓螺母與被連接件之間的表面摩擦?xí)龃笈ぞ氐膿p失，從而無法做到精確的螺栓載荷。

圖2 呆扳手類工具存在側(cè)向偏載

力矩M＝F×L側(cè)向偏載F’＝F作用力F力臂長度L綜合分析，螺栓預(yù)緊力不足可能是廢熱鍋爐手孔法蘭發(fā)生泄漏的主要原因。

4 處理措施

4.1 方法選擇

該處泄漏部分的處理，有以下3種方法可供選擇：①直接用敲擊緊固泄漏部分，但易造成螺栓斷裂，進(jìn)而擴(kuò)展為事故；②停車處理，更換密封墊及螺栓，如此會造成重大經(jīng)濟(jì)損失；③采用夾具堵漏。

對比3種方法，能做到既安全又經(jīng)濟(jì)的唯有第三種方法切實(shí)可行。

4.2 處理過程

4.2.1 現(xiàn)場勘測

法蘭外圓和螺栓有一定腐蝕但不影響夾具的正常的安裝，為了設(shè)計、制作合適的夾具，對現(xiàn)場情況進(jìn)行了實(shí)地勘測，結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)場勘測情況

4.2.2 夾具的強(qiáng)度校核

根據(jù)現(xiàn)場所測的尺寸，按照GB／T 26468－2011《承壓設(shè)備帶壓密封夾具設(shè)計規(guī)范》[3]中的5.3夾具設(shè)計準(zhǔn)則：5.3.1承受注劑壓力和泄漏介質(zhì)壓力的夾具所用金屬材料和厚度應(yīng)滿足剛度條件，使用中不應(yīng)出現(xiàn)塑性變形；5.3.2夾具的連接部位的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足強(qiáng)度條件，使用中不應(yīng)發(fā)生斷裂；5.3.3選擇夾具結(jié)構(gòu)型式時，不應(yīng)在注劑密封操作時，使泄漏缺陷部位產(chǎn)生新的附加力。

依據(jù)GB／T 26468－20118中第8條[3]關(guān)于夾具計算的要求，相關(guān)計算如下：

式中 p—系統(tǒng)壓力修正值，MPa；

p L—系統(tǒng)壓力，MPa。

式中 S—法蘭夾具的厚度，mm；

D—泄漏法蘭外徑，mm；

—使用溫度下的許用應(yīng)力，利用差值法求得311℃時Q245R（GB713）δ60鋼板的許用應(yīng)力為111 MPa；

φ—焊接接頭系數(shù)，取0.7。

式中 t—法蘭夾具耳板的厚度，mm；

C—兩法蘭中間間隙，現(xiàn)場法蘭中間間隙測繪為23 mm；

L1—耳板連接螺栓孔到夾具邊緣距離，為便于連接螺栓的安裝取20mm；

L—耳板長度，根據(jù)耳板螺栓定為120 mm。

式中 d—連接螺栓直徑，mm；

Ck—剛度和預(yù)緊系數(shù)，取1.5；n—螺栓套數(shù)，取4套較可靠。

夾具及耳板的選材均為12Cr Mo VR。根據(jù)計算結(jié)果得出，夾具厚度為51.7mm，而設(shè)計所需的鋼板厚度60 mm，符合要求；連接耳板厚度為27.1mm，為方便加工取值40 mm；連接螺栓用30Cr MoA（8.8級以上），計算直徑26.3mm，沒有此規(guī)格且不能小于原連接螺栓M36 mm，在此處取值M36 mm。

依據(jù)計算結(jié)果和泄漏的腐蝕介質(zhì)而定的剖分式夾具厚度，經(jīng)過強(qiáng)度校核設(shè)計的夾具符合要求。

4.2.3 堵漏過程

（1）在正式安裝夾具前，先要測試注膠時的沿程阻力。連接好油泵、油管、注劑槍、注劑接頭與夾具相連通，加入密封劑后開始加壓注入；當(dāng)密封劑在夾具上的注劑孔出現(xiàn)后停止打壓，看表針回程后的停止位置，記下讀數(shù)，即原始的沿程阻力值。密封堵漏時注入夾具內(nèi)壓力的最大值是沿程阻力＋系統(tǒng)內(nèi)壓力＋（5～7）MPa（5～7 MPa是修正值）。

（2）夾具（圖3）全部加工完成后，進(jìn)入現(xiàn)場先進(jìn)行夾具試安裝，檢查是否符合密封堵漏安裝要求。然后拆下夾具在填料槽內(nèi)安裝好密封填料，將夾具安裝到泄漏法蘭上，緊固夾具耳板上的連接螺栓，使夾具上的密封線與法蘭外徑、端面緊密貼合，并安裝好注劑接頭。

（3）安裝注膠槍，連接好油管和油泵，選用HG－2A密封膠注入到夾具內(nèi)腔與法蘭的空隙中。注密封劑前，找到泄漏點(diǎn)最大處，在對面開始注入密封劑。

圖3 100E8手孔夾具圖

（4）以此為中心點(diǎn)，左右交叉進(jìn)行注入，并嚴(yán)格控制好注入密封劑時的壓力，切實(shí)在夾具內(nèi)將密封劑均勻的注滿。

（5）在最后收口封堵前，應(yīng)停止半小時以上，前期注入的密封劑進(jìn)行固化、熱縮，再通過前面注過密封劑的接口注入密封，到壓力達(dá)到規(guī)定的上限為止，最后一次性封堵。

現(xiàn)場在線帶壓堵漏后手孔法蘭效果見圖4。

圖4 帶壓堵漏效果

5 效果

二段轉(zhuǎn)化爐廢熱鍋爐手孔法蘭經(jīng)過在線處理后，避免了螺栓斷裂事故，達(dá)到了消漏的目的，開創(chuàng)了高溫高壓法蘭成功堵漏的先河，確保了系統(tǒng)安、穩(wěn)運(yùn)行。

[1]沈松泉，黃振仁，顧竟成.壓力管道安全技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2000：165－188.

[2]顧伯勤.螺栓法蘭連接系統(tǒng)泄漏率計算[J].石油化工設(shè)備，1999（3）：2－5.

[3]GB／T 26468—2011，承壓設(shè)備帶壓密封夾具設(shè)計規(guī)范[S].

Analysis of the causes of the leakage and online processing two reformer waste heat boiler hand hole flange

Hu Ze-jun
（Chongqing Jian-feng chemical fertilizer Co.，Ltd.，Chongqing 408601，China）

The synthetic ammonia device two-stage transformation of waste heat boiler hand hole flange leakage，analyzes the reason for leakage，the fixture and injecting the parking pressure seal，effect is good.

hand hole flange；On-line processing；On-line processing；high temperature and high pressure welding

TK228

B

1003-6490（2015）03-014-03

2015－01－11

胡澤君（1970－），男，重慶綦江人，本科學(xué)歷，高級工程師，2014年畢業(yè)于大連理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計及制造自動化專業(yè)，現(xiàn)在重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司運(yùn)行一部從事合成氨設(shè)備管理工作。E-mail：huzejun816＠163.com。