陳海峰 郝曉東 王成林

(山西陽煤化工機械有限公司)

入塔氣預(yù)熱器第三節(jié)筒節(jié)整體更換方案

陳海峰*郝曉東 王成林

(山西陽煤化工機械有限公司)

針對某入塔氣預(yù)熱器運行5年之后第三節(jié)筒體已達報廢級別的情況，制定了筒體整體更換的返修方案，并總結(jié)了施工時的注意事項。

入塔氣預(yù)熱器 返修 熱處理 水壓試驗

山西焦化集團有限公司四廠入塔氣預(yù)熱器于2007年12月制造完成，2008年投入使用，2013年12月應(yīng)該廠邀請，山西陽煤化工機械有限公司對預(yù)熱器進行厚度檢驗，參照JB/T 4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)[1]利用超聲波測厚儀(HSQ6)復(fù)驗，發(fā)現(xiàn)其中一殼程筒節(jié)所用材料按原設(shè)計厚度應(yīng)為48mm，實測厚度為24mm，判定缺陷等級為V級。初步判斷該缺陷可能是由于鋼板在制作過程中工藝控制不當(dāng)而造成中部晶粒粗大或者組織偏析造成的。為了挽回由此可能造成設(shè)備報廢的損失，通過對此換熱器整體結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計的計算，認為可通過返修達到原設(shè)計要求。該設(shè)備為立式且筒體較長，現(xiàn)場返修難度較大，筆者擬定了返修方案并確定返修步驟。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

入塔氣預(yù)熱器為按壓差設(shè)計的換熱器，屬Ⅱ類壓力容器，殼程與管程設(shè)計壓力均為6.7MPa，工作壓力分別為6.1、6.0MPa，水壓試驗壓力均為10.3MPa(殼管程應(yīng)同時升壓)；設(shè)計溫度分別為230、290℃，工作溫度分別為53/210℃和235～270/91℃。設(shè)備殼程腐蝕裕度為2mm，殼體規(guī)格為DN1800mm×48mm。設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 入塔氣預(yù)熱器設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

2 設(shè)備返修方案

預(yù)熱器第三節(jié)筒體所用的δ48mm、16MnR鋼板不符合設(shè)計圖樣規(guī)定的JB/T 4730.2Ⅱ級板的要求，根據(jù)現(xiàn)行壓力容器法規(guī)、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)[2～4]，決定對入塔氣預(yù)熱器第三節(jié)筒節(jié)進行整體更換。由于需更換筒節(jié)處于第二層方形框架平臺位置，框架與筒節(jié)外部之間距離約為500mm，筒節(jié)的移除、吊運、裝焊難度較大，尤其是筒節(jié)移除后設(shè)備約75t的上段部分保持原有平衡性、穩(wěn)定性是本次返修的重中之重。經(jīng)研究分析，決定對該筒節(jié)采用分三片逐一更換、最后整體施焊的方式進行。

3 返修前準(zhǔn)備

3.1材料準(zhǔn)備

采用現(xiàn)行GB 713-2008標(biāo)準(zhǔn)[5]并考慮避開原焊接接頭的熱影響區(qū)、壓頭預(yù)彎工藝余量及筒體實際展開長度需要等因素后，決定采用一張δ48mm、Q345R(正火)，2200mm×6500mm定尺板。材料使用前進行100%UT檢測復(fù)檢，符合JB/T 4730.2Ⅱ級合格。進行化學(xué)成分分析、力學(xué)性能和0℃沖擊試驗合格。

3.2更換筒節(jié)的制作

按工藝尺寸下料并驗收合格后，采用刨邊機沿長度方向加工兩端坡口(圖2)。

圖2 更換筒體端面坡口示意圖

鋼板兩端利用卷板機預(yù)彎或加熱后在油壓機上壓頭預(yù)彎，預(yù)彎弧長不小于600mm，采用鐵皮樣板檢查，樣板的弦長不小于600mm，預(yù)彎弧度必須符合樣板弧度。根據(jù)現(xiàn)場測量的第三節(jié)筒節(jié)的實際外圓周長，換算成所需展開料長并加上卷制成形后的熱處理產(chǎn)生的收縮量，均開后在預(yù)彎合格的板料兩端劃出切割線。割去工藝壓頭余量，并按焊接工藝要求切割打磨A類焊接接頭坡口。

卷制成形DN1800mm×48mm、H=2200mm，要求對口錯邊量不大于3mm，合格后按焊接工藝進行點固，然后用卷尺配合樣板對筒節(jié)幾何形狀和尺寸進行檢驗，應(yīng)符合GB 151-1999中6.2.1條的規(guī)定[4]：

a. 其內(nèi)直徑允許偏差通過外圓周長加以控制，理論外圓周長為5 956.5mm，允許的上偏差為10mm，下偏差為零；

b. 筒體同一斷面上，最大直徑和最小直徑之差不大于7mm。

檢驗合格后，對筒節(jié)進行消除應(yīng)力熱處理，熱處理完成后，以點焊的A類接頭為基準(zhǔn)，將筒節(jié)沿環(huán)向均分為三等分，在每等分點上劃出軸向切割線，按標(biāo)記線切開并按圖2割磨坡口，坡口表面及50mm范圍內(nèi)100%MT檢測Ⅰ合格。

利用地面劃出放樣線，按線對各瓣片進行預(yù)組對，并根據(jù)組對情況進行瓣片的校正。

4 返修實施過程

4.1割除第三節(jié)筒體

由于設(shè)備內(nèi)為易燃、易爆氣體，動火前應(yīng)采用惰性氣體或氮氣將設(shè)備內(nèi)的原有氣體徹底置換并取樣檢測，檢測合格后拆除殼、管程所有連接口接管，應(yīng)保證設(shè)備管口處于完全敞開狀態(tài)，并應(yīng)在入塔氣入口和出口安裝排風(fēng)扇，保證設(shè)備內(nèi)空氣的流暢。

割除前，在頂部平臺上增加工字鋼梁對設(shè)備進行穩(wěn)定加固(圖3)，以限制返修時設(shè)備的晃動。通過該筒節(jié)的逐瓣交替更換使設(shè)備上段部分約75t的重量仍依靠下部進行支承。

圖3 設(shè)備上部加固示意圖

按照更換寬度對第三節(jié)筒節(jié)進行劃線，并根據(jù)實際制作的筒節(jié)瓣片長度劃分切割線。割除前，應(yīng)在每塊要割除的筒體瓣料上焊接不少于兩個吊耳，并用鋼絲繩或倒鏈等進行吊掛，避免墜落引發(fā)安全事故。割除時先采用電弧氣刨，留2～3mm，然后用角向砂輪機打磨切開。為了防止出現(xiàn)刨透后的熔渣、飛濺損傷換熱管，電弧氣刨時一般應(yīng)為切線方向。

按切割線并留出適當(dāng)余量割下第一塊瓣片后，貼靠筒體外壁從第二層平臺上部移出，并及時對裸露的換熱管表面采用石棉布捆扎保護換熱管，然后割磨設(shè)備上筒體的B類焊接接頭坡口，并對坡口表面及50mm范圍內(nèi)100%MT檢測Ⅰ級合格。

吊裝第一個瓣片，同樣在第二層平臺上部貼靠筒體并移入指定位置，按焊接工藝點焊牢固，同時瓣片外部上、下端各采用3塊縱向筋板與原筒體焊接加固。按同樣步驟割除、組對、加固第二塊和第三塊瓣片，并對瓣片之間的縱向焊縫采用筋板進行加固。

4.2焊接

焊前應(yīng)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度100～250℃。采用交替焊接A、B類焊縫的方法，先將A類縫焊接一半厚度，再將上、下B類縫焊接一半厚度，最后依次將A、B類縫焊接完成。選用的焊工資質(zhì)為GTAW-FeⅡ-6G-3/57-Fefs-02/11/12+SMAW-FeⅡ-6G(K)-3/57-Fef3J。采用手工氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面，焊接參數(shù)見表1。

表1 組焊A、B類焊接接頭的參數(shù)

4.3無損檢測

根據(jù)現(xiàn)場情況，對更換后的所有A、B類焊接接頭進行100%UT檢測，符合JB/T 4730.3-2005 中I級合格。要求焊接到焊縫高度一半和焊接完成后分別進行UT檢測。

4.4局部熱處理

對焊接完成后的A、B類焊接接頭進行局部消除應(yīng)力熱處理，工藝如圖4所示。

圖4 整節(jié)筒體整體熱處理及A、B類焊接接頭局部熱處理曲線

4.5耐壓試驗

試壓時必須保證設(shè)備殼程、管程同時升降壓，殼程與管程最大壓差應(yīng)小于0.6MPa。先緩慢升壓至設(shè)計壓力6.7MPa，確認無泄漏后繼續(xù)升壓至10.3MPa，保壓30min，然后對反應(yīng)器所有焊縫和連接部位作初次目視滲漏檢查，確認無滲漏；最后將壓力降至設(shè)計壓力6.7MPa并保壓足夠長時間，對所有焊接接頭和連接部位進行檢查，無泄漏，無可見變形，試驗過程無異聲響。

5 結(jié)束語

針對設(shè)備筒體整體更換的現(xiàn)場返修，從更換筒體的材料準(zhǔn)備及制造、檢驗、驗收進行嚴格的工藝控制，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況和實施步驟總結(jié)出返修時注意事項。經(jīng)過返修，設(shè)備恢復(fù)正常運行，并定時檢測設(shè)備返修部分筒體厚度，均未發(fā)現(xiàn)缺陷。因此，本方案可為體積較大的立式壓力容器筒體返修提供可行的指導(dǎo)。

[1] JB/T 4730.3-2005，承壓設(shè)備無損檢測 第3部分 超聲檢測[S].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2] TSG R0004-2009，特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范[S].北京：中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2009.

[3] GB 150-2011，壓力容器[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[4] GB 151-1999，管殼式換熱器 [S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[5] GB 713-2008,鍋爐和壓力容器用鋼板[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

*陳海峰，男，1973年10月生，工程師。山西省太原市，030032。

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0254-6094(2015)01-0133-03

2014-06-03，

2014-06-16)