欧米伽环换热器维修论文

加氢装置Ω环密封高压换热器的检修工艺

杜昊，任俊杰，董秀丽，黄艳，王志坤

中国石油华北石化公司，河北任丘062552

摘要：介绍了Ω环密封高压换热器的检修工艺，对设计、使用及检修中的问题进行了分析，提出了解决办法。

关键词：Ω环，换热器，检修

加氢装置工艺介质易燃易爆，包括加氢换热器在内的主要设备在高温、高压及有氢气和硫化氢存在的条件下运行，要求设备具有很高的可靠性。加氢换热器一般设计压力7.0～20MPa、温度300～500℃,材料为15CrMoR+321或2.25Cr-1Mo+347，是石化行业中设计难度高、制造难度大的换热设备。选择何种密封结构至关重要，直接影响加氢换热器密封可靠性及制造难易程度。因此管板与管箱、壳体的密封结构成为加氢换热器结构设计最重要的环节。目前常用的换热器密封结构形式有金属环垫（八角垫、椭圆垫）密封、螺纹锁紧环、隔膜密封（盖板式密封）、Ω环密封等。

1 Ω环换热器简介

Ω环换热器的管板与管箱法兰、壳体法兰的密封采用Ω环密封结构，如图1所示，利用回转壳受压性能好的机理，设计制作Ω环密封元件；密封环与法兰、管板以角焊缝的形式连接，介质和环境完全隔绝，有效的解决了其它类型垫片可能出现的密封面失效问题，属于无垫片密封。Ω环密封结构设备主螺栓具有较小的预紧和操作载荷，减小了设备法兰与主螺栓的尺寸和重量。同钢垫圈密封结构（八角垫、椭圆垫）和螺纹锁紧环密封结构相比，Ω环密封结构兼有两者的优点，拆卸检修方便、密封绝对可靠等特点。同时具有制造简单、重量轻、造价低、占地面积小以及直径、压力、温度适用范围广的优势，特别适合在石化企业的加氢装置、重整装置以及化肥装置中推广使用。可减小设备检修强度、提高设备的可靠性，节省设备的一次性投资，具有较高的经济效益和社会效益，有着广阔的应用前景。该结构换热器国内自1996年研发至今，已在很多加氢装置推广使用。

图1 Ω环换热器结构简图

2 Ω环换热器的检修技术要求

由于Ω环换热器的管板与管箱法兰、壳体法兰的密封采用Ω环密封结构，Ω环换热器的拆装难度在于合焊及切割两瓣Ω环，其余与普通大法兰式换热器没有区别。在组装Ω环时，两瓣环的拼缝焊接时要求高度对中，错边量非常小，焊接时在两片法兰之间的缝隙中完成，增加了焊接难度。拆装检修时，先用专用的工具把Ω环切割开，拆装检修完毕后再重新组焊，需要准确判定拆装的次数。检修的质量将直接影响Ω环的密封质量，因此必须严格按照检修规程进行施工。

装置停工后，须将设备从系统中隔离，排净残存介质，并对设备进行氮气置换。由于加氢装置换热器在检修期间存在连多硫酸腐蚀的情况，可按照美国NACE－RP－01－75《炼厂停工期间使用中和溶液防止奥氏体不锈钢产生应力腐蚀开裂》的要求和步骤进行，自加氢反应器出口至加氢反应产物流程进行碱洗中和，在该流程的内表面保留碱膜。

2.1 环拆卸规程

2.1.1拆卸管箱：

（1）将设备法兰上4根全螺纹螺柱以外的主螺柱卸掉，使用手动切割或自动切割工具将管板与壳体连接Ω环沿中线切割开, 保留全螺纹螺柱下方无法切割部分；

（2）在4根全螺纹螺柱附近安装至少4根主螺柱夹紧管板，再将4根全螺纹螺柱卸掉，移至壳体法兰螺栓孔与管板支耳螺栓孔中，使壳体与管板维持连接；

（3）使用手动切割或自动切割工具将全螺纹螺柱下方管板与管箱连接Ω环沿中线切割开；

（4）拆卸管箱。

2.1.2拆卸管束

使用手动切割或自动切割工具将管板与壳体连接Ω环沿中线切割开, 保留全螺纹螺柱下方无法切割部分；

（2）垫平管板，将4根全螺纹螺柱卸掉；使用手动切割或自动切割工具将全螺纹螺柱下方管板与壳体连接Ω环沿中线切割开；

（3）在管板端面安装环首螺钉，缓慢抽拉管束，不得碰伤Ω环。

2.1.3如果只抽管束不卸管箱，即管束与管箱一起拆卸

（1）将设备法兰上4根全螺纹螺柱以外的主螺柱卸掉；使用手动切割或自动切割工具将管板与壳体连接Ω环沿中线切割开, 保留全螺纹螺柱下方无法切割部分；

（2）在4根全螺纹螺柱附近安装至少4根主螺柱夹紧管板，再将4根全螺纹螺柱卸掉，移至管箱法兰螺栓孔与管板支耳螺栓孔，使壳体与管板维持连接，使用手动切割或自动切割工具将全螺纹螺柱下方管板与壳体连接Ω环沿中线切割开；

（3）将管束连带管箱一起抽出。

2.2 Ω环组装规程

组装前按图3？打磨Ω环之间坡口；

组装过程可参照拆卸；要求密封环之间焊接接头组对错边量不得大于0.5mm；采用钨

（1）为了组装方便，拆卸前可对Ω环作标记；

（2）Ω环组装时，应保证Ω环与设备法兰或管板的同心度及垂直度；

（3）在Ω环组焊时，在Ω环最低部预留一段5-10mm左右不焊，待Ω环其余部分全部焊完后，停留一段时间，使Ω环腔内空气冷却至常温后再补焊预留段，Ω环组装完毕后应再次进行碱洗；

（4）在气密性试验前或开车前，用蒸汽加热Ω环底部，使Ω环温度在100℃以上，直至气密结束或装置正常运行后。

2.4 Ω环更换程序

在Ω环换热器检修过程中，每次拆卸时应对Ω环的内、外表面进行仔细检查，以便及时发现有害缺陷，对存在缺陷的Ω环可进行修复或者更换。更换步骤如下：（1）将Ω环与设备法兰或管板的焊缝打磨干净，按JB/T 4730.5-2005进行100%渗透检测，I级合格；

（2）组装Ω环，保证Ω环与设备法兰或管板的同心度，偏差不大于0.5mm；

（3）将Ω环与设备法兰或管板进行焊接，至少分二遍施焊，且焊脚高度≥6mm；

（4）施焊完成后焊接接头按JB/T 4730.5-2005进行100%渗透检测，I级合格。

3 问题和讨论

Ω形环的使用寿命主要取决于两个Ω形半环间对接焊缝的质量，试验表明通过对装、拆焊接工艺进行严格的控制，Ω环可重复装、拆4一6次。

该类型换热器在加氢装置应用以来，也出现了多次泄漏故障。

上海炼油厂100万t/a汽柴油加氢精制装置中7台临氢高压换热器均采用Q环密封结构， 2000年第一次检修后，发现在装置开工升温后Ω环底部焊缝热影响区处出现泄漏，为穿透性裂纹。在泄漏处用铁胶泥与特制压块堵住，用蒸汽保护后装置继续运行了2年多，裂纹没有扩展。2002年第2次拆卸，对换热器原管箱与管板连接的Ω环进行了更换，开工升温后，在Ω环下部焊缝热影响区出现1条3-4mm的穿透裂纹。经事后分析该缺陷是由于加氢装置的长期运行中，高温H2+H2S介质与钢生成FeS，在停工检修打开设备时与空气中的氧气和水接触反应生成连多硫酸，从而造成腐蚀开裂。

华北石化120万吨年柴油加氢装置有6台临氢高压换热器均采用Q环密封结构，在2011年对换热器进行了检修，检修后在装置氮气置换过程中发现其中一台Ω环顶部焊缝存在局部气孔，检查发现是由于该换热器Ω环恢复过程中，换热器法兰螺栓长度较长，位置受限于换热器的接管法兰，无法全部退出，只能漏出部分Ω环的焊接位置，施工单位采用了手