摘要:管壳式换热器由壳体、管束、管板及管箱等组成,在设计上往往有结构不连续处,导致存在一定的温差应力。当温差应力较高时,尤其是在结构不连续处(应力集中处)最易发生破坏,如壳体的变形、管子与管板之间拉脱,严重时会导致材料的断裂。因此,换热器在设计和运行保养时,要特别注意结构突变处的应力消除工作。尤其是高温换热器,温差应力对于换热器的破坏会更为明显与直接.。
关键词:硫磺换热器管板焊缝;棒阳极X射线检测技术;
硫磺回收装置已成为大型天然气净化厂、炼油厂、石油化工厂加工含硫天然气、含硫原油时不可缺少的配套装置。硫磺回收装置的重点腐蚀部位主要是换热器,一但发生泄漏就得停工进行抢修,影响生产。
一、换热器进行射线检测的必要性
通过换热器泄漏情况进行现场检查,发现硫磺回收装置换热器泄漏失效形式主要为管板焊缝失效。按照我国现有的换热器制造技术标准和规范,换热器管板焊缝最终质量的评估,均采用表面磁粉或渗透检测。由于这２ 种方法本身存在局限性,磁粉检测只能检测铁磁性材料表面和近表面缺陷,渗透检测只能检测非多孔性材料表面开口缺陷,所以都无法进行焊缝内部的缺陷检测;目前,国内石油炼化设备进行检修时也仅是进行外观检查和水压试验,常规射线检测方法无法对管板焊缝实施照相。如果焊缝中存在气孔等其他缺陷,即使缺陷很小,也会在设备使用后不久在缺陷部位发生泄漏。这将对换热器的安全性和可靠性埋下了重大隐患。
二、硫磺换热器管板焊缝棒阳极X射线检测技术
1.检测设备的选用。针对换热器管子－管板对接焊缝结构型式,实现射线检测要考虑两方面问题,一是检测设备,二是检测灵敏度。换热器管子规格首先要确定检测设备是放置在管子外侧对焊缝透照,还是放置在管子内侧对焊缝透照。根据管子－管板对接焊缝位置和结构,焊缝部位存在一个环向凹槽。管子内径和阳极棒长度均可满足此焊缝透照要求,另Ｘ射线的成像质量优于γ射线,综合考虑选择棒阳极Ｘ射线机对管子－管板内孔焊对接焊缝进行检测比较适合,且一次中心周向曝光即可。
2.对换热器管板表面的焊缝部位进行了磁粉探伤,没有发现任何表面裂纹缺陷。根据磁粉探伤的结果,可以初步排除管板焊缝腐蚀或缺陷造成的换热器失效的可能性。首先对带有真空包装具有前、后增感屏胶片进行裁剪,裁剪后尺寸为１２０ｍｍ×５０ｍｍ,裁口处用黑色胶带封住避光。按透照管子单壁壁厚选择等径双丝像质计。胶片裁剪后卷制成圆筒状,直径与管子外径间隙相匹配,胶片搭接重叠部位用胶带固定,然后将卷制后的胶片插入凹槽中,分别将等径双丝像质计放置在射源侧。选择适配的固定定位块套在阳极棒上,固定定位块套入、调节完成后一并插入被检管子中,阳极棒插入管子深度应根据射线窗口与透照焊缝位置确定,深度一般为管板厚度。布置完成后按该机曝光曲线选择曝光参数进行拍片,对底片影像进行观察,观察结果底片上可见１６号金属丝像质指数。
3.工艺参数确定与检测。通过对检测灵敏度的验证,对于焊缝采用棒阳极Ｘ射线机按检测标准要求是可行的。实际透照时,胶片尺寸大小应根据凹槽尺寸确定以便贴片,选择带有前、后厚度为０．０２７ｍｍ 增感屏真空包装胶片,胶片类型胶片裁剪后尺寸为１２０ｍｍ×５０ｍｍ,裁口处用黑色胶带封住避光,用钢字头的方法在胶片上直接打出所拍管子标识字符,胶片插入凹槽中后沿着管子贴紧,搭接重叠部位用胶带固定。选适配的固定定位块套入棒阳极Ｘ射线机的阳极棒上,套入、调节完成后一并插入被检管子中心,射线窗口调制到与焊缝位置平齐即可。
4.在制压力容器产品质量验收标准比较严格,在用压力容器无损检测结果评定和验收不能执行射线检测验收标准在制压力容器产品质量验收标准,否则可能发生检测不合格,无法使用而影响生产的后果,因此需要另行制定验收标准。换热器管板焊缝中的缺陷主要为裂纹、未熔合(坡口未熔合、熔深不足),条形缺陷(条形气孔、条状夹渣、虫形气孔),点状缺陷(点状气孔、夹钨、夹渣),局部密集点状缺陷(气孔、夹渣),根部咬边;以及使用过程中产生的缺陷,包括裂纹(应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹等)、点状腐蚀和沟槽腐蚀缺陷。缺陷长度和宽度尺寸测量以底片上投影尺寸为准,但应注意投影放大的影响。缺陷高度尺寸根据底片上黑度和宽度(应结合投影关系换算)估算。在用换热器管头强度焊角焊缝的验收标准标准制定的原则换热器制造过程中产生的各种焊接缺陷(气孔、夹渣、未焊透、未熔合等,裂纹除外),如果在使用过程中没有发生扩展,且没有与使用过程中产生的缺陷(裂纹或腐蚀)产生关联,验收标准参照制造标准可放宽。在用设备检测发现存在缺陷,即使缺陷比较大比较多,但只要属于制造过程的缺陷,验收标准参照制造标准可放宽。如果返修有困难,且能够判断某制造缺陷不会扩展,且不会与使用中产生的裂纹或腐蚀关联,验收标准参照制造标准可放宽。根据标准制定的原则结合设备运行数据及检测单位的工作经验(无损检测经验、压力容器检验经验,缺陷失效分析和安全评定经验。
三、防腐对策
1.改进换热管与管板的连接方法。通过断口形貌分析和对该换热器操作工况的深入了解,初步判断换热器失效的主要原因是温度的剧烈变化导致换热器内部体系失衡,温度应力急剧增大,加之其他腐蚀因素的促进作用,最终导致了该换热器腐蚀。采用强度焊贴胀法连接换热管与管板,可以消除缝隙使列管紧贴管板,改善传热效果,而且能够有效防止冷却器可能发生的高温硫化腐蚀、应力腐蚀及缝隙腐蚀。为提高胀接质量,应使用柔性胀接方法如液压胀接法、液袋胀接法等,焊接时不熔换热管管口。提高焊后热处理的质量可以将冷却器制造过程中存在的残余应力控制在最小限度。对装置风险等级进行分类,提前预警腐蚀风险的发生,并采取相应的措施。
2.改进工艺条件。(1)加强生产管理,避免装置频繁开停工,尽可能使装置长期连续运转。(2)加强设备、管线的保温和伴热,尽量提高换热器出口温度,避开露点温度,防止因低温导致水蒸汽凝结产生酸腐蚀及硫酸露点腐蚀。(3)装置停工期间,用氮气吹扫,尽量将设备中的残存酸气、酸液吹扫干净,设备开盖前用钝化剂钝化设备,或用碱液将设备中的残留酸液中和。(4)停工后将系统上下游用盲板隔离,保持氮气微正压。装置停工后,设备管线内不应有任何酸性介质包括残硫、过程气。凡不需打开检查的设备和管线应充满N2,保持密封,防止系统湿气的冷凝,温度保持在系统压力所对应的露点以上。冷却器内的腐蚀产物硫化亚铁、泥状沉积物等要用惰性气体清理并保持冷却器干燥。
通过对硫磺单元换热器角焊缝进行检测并修复,可消除设备隐患,防止发生重大安全事故,保证设备和操作人员的安全,减少环境污染。利用棒阳极Ｘ射线机对管板焊对接焊缝进行射线检测非常方便,每个对接焊缝可一次中心周向曝光,检测效率高,管电压、管电流、曝光时间连续可调,所拍底片影像质量满足检测标准要求,缺陷检出率高。
参考文献:
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