放空冷凝器内漏问题与改进

余 刚 高 博 关庆贺

（中国石油辽阳石油化纤公司机械厂 辽阳 111003）

放空冷凝器内漏问题与改进

余 刚 高 博 关庆贺

（中国石油辽阳石油化纤公司机械厂 辽阳 111003）

对一例放空冷凝器的泄漏失效，从影响管束振动磨损的结构设计、换热管选材及采购要求、折流板管孔直径及偏差的确定、制造的质量计划等因素进行了分析，并给出了规避这种泄漏失效风险的控制措施，建议以改进管束壳体结构设计及换热管选材的合理性和制造质量计划的可靠性来保证冷凝器安稳运行的长期性。

冷凝器 内漏 设计 制造 改进

KeywordsTechnical specifcation Weld inspection Requirements

一台放空冷凝器，为立式BEM500-0.2/0.8-24.8-1.9/25-1I型[1]，174根换热管呈正三角形排列，折流板间距200mm，技术特性见表1。

表1 技术特性

2011年12月制造出厂，2012年8月随装置开工投用，运行了18个多月发生内漏，拆卸回厂检修发现，管板及管接头腐蚀轻微，壳程水压试验发现近1/4换热管漏水。作更换换热管修理，镗管头抽管时发现，管头贴胀不到位，折流板管孔偏大，这可从较为容易抽出的换热管两端锈蚀和表面轻微划痕看出。泄漏的换热管外表面清晰可见在管板管孔背面和折流板管孔处呈现刻痕锈蚀（见图1、图2），有的刻痕已穿透管壁，且刻痕在换热管的同一方位上。

1 设计问题与改进

这台放空冷凝器安装在放空冷凝液罐的出口接管法兰上，而放空冷凝液罐的工作压力为ATM，工作温度为100℃。但从放空冷凝器工作压力0.002MPa和工作温度100.0/99.0℃看，放空冷凝器的功能是将放空冷凝液罐排放的汽液混合物中“低压蒸汽”冷凝为液体，冷凝液沿换热管内壁流下，而气体放空。“低压蒸汽”从放空冷凝器底部的管程进入，经壳程下部进口的循环水冷凝。

图1 管板管孔背面的换热管刻痕

图2 折流板管孔处的换热管刻痕

从抽出的泄漏换热管外表面刻痕特征看，是由于管束振动引起的换热管在管板管孔背面和折流板管孔处发生碰撞磨损（相当于管孔切割换热管）直至穿透管壁。规避换热管因振动而发生碰撞磨损失效的措施之一是增加管束的固有频率，减小折流板间距。查竣工图，放空冷凝器管束壳体的循环水进/出管口选用接管DN200（φ219.1×12.7）/配补强圈JB/T 4736 DN200x8-D，进口接管中心至下管板背面距离317mm（出口为-50mm），接管内壁下面距离管板背面213.8mm的空间为流动死区，而补强圈下边缘距离管板与壳体圆筒的环焊缝117mm。在壳体进/出管口之间按间距200mm布置5块上下缺边的折流板，其中靠近进口接管处的折流板距离管板背面550mm。可见，在壳体的进/出管口可分别向上/下管板靠近的同时，管束尚可再增加一组上下缺边的折流板，而将折流板间距减小为150mm。若按工程案例[2]，DN500管束壳体的进/出管口最大接管直径为DN150，则可在壳体的进口处增加防冲板而保持换热管的布管数量不变。

规避换热管因振动而发生碰撞磨损失效的另一措施是提高换热管强度，增加耐磨性，改选换热管为20钢。原设计施工图换热管选用GB/T 8163—2008的10钢管φ25×2.5，既没有注明钢管的制造方法，也没有注明钢管的交货状态，更未有注出管径偏差和壁厚偏差等要求。这不符合GB 151标准要求，且也不利于制造质量。为此，建议选用GB 9948普通级冷拔20钢管，并正火状态交货，要求工艺性能作扩口试验，并逐根进行水压试验，试验压力为1.6MPa。

折流板原设计选用厚度6mmQ235-B钢板，虽符合GB151的最小厚度要求，但管孔直径及允许偏差为φ25.4（0～0.30）对应GB151-表35的I级管束中d≤32且l＞900的数据，实际上应选定d＞32或l≤900对应的数据φ25.7（0～0.30）为合理。因为，I级管束的折流板管孔直径及允许偏差是根据GB 151表10中外径偏差±0.20mm确定的，而GB/T 8163—2008中冷拔钢管的外径偏差较GB151要求偏大，所以即使选定φ25.7（0～0.30）也难以方便管束制造时穿管。

2 制造问题与改进

从抽出的泄漏换热管外表面划痕和刻痕特征发现，其一换热管耐磨性差，其二折流板管孔偏大。这可从换热管的材质单和制造工艺中看出问题。

由于设计施工图换热管选用GB/T 8163—2008的10钢管φ25×2.5mm，既没有注明钢管的制造方法，也没有注明钢管的交货状态，更未有注出管径偏差和壁厚偏差等要求。导致制造采购出现问题，这可从换热管材质单反映出：GB/T 8163—2008冷拔φ25×2.5mm-10钢管，退火，化学成分见表2，力学性能及工艺性能见表3。

表2 换热管化学成分 %

表3 换热管力学性能和工艺性能

尽管换热管的化学成分和力学性能符合GB/T 8163—2008标准要求，但退火状态毕竟不如正火状态合理，这可能是换热管在管板管孔背面和折流板管孔处刻痕直至穿透管壁的原因之一。正如GB 150释义[3]中说明“GB/T 8163—2008钢管的外径允许偏差和壁厚允许偏差较大，尤其是该标准中规定有：‘供方（钢管厂）可用涡流探伤、漏磁探伤或超声探伤代替液压试验’等条款，为了保障产品质量和安全性能，因此该标准钢管不得用于换热管”。而工艺性能的压扁试验不如扩口试验更为合理。为此，建议选用GB 9948普通级冷拔正火20钢管，并在采购合同中注明“要求工艺性能作扩口试验，逐根进行水压试验，试验压力为1.6MPa”。

GB/T 8163—2008规定钢管的外径允许偏差取±1%D或±0.30的较大值，则这批钢管的外径允许偏差为φ25±0.30，较GB 151-表10中高精度±0.20大0.10。可见施工图中的折流板管孔直径允许偏差φ25.4（0～0.30）对穿这批换热管较为困难。所以，制造工艺只能参照GB 151-表35的I级管束中d＞32或l≤900对应的数据，在换热管外径正偏差基础上+0.50，则这批换热管的折流板管孔直径允许偏差为φ25.8（0～0.30）。如此可见，此时的折流板管孔最大直径为26.1mm，而换热管最小直径则为24.7mm，两者相差1.4mm。当负偏差的换热管穿到正偏差的折流板管孔时，若冷凝器运行中发生振动，换热管就会在折流板管孔中反复碰撞磨损直至失效的几率较大，这可能是近1/4换热管泄漏失效的原因所在。所以，对于换热管的外径及偏差与折流板管孔直径及偏差，设计要按GB 151标准确定，制造要按设计要求控制。

由于这台冷凝器没有划分上类别，不受《容规》[4]监察，虽按GB 150—1998制造、检验与验收，但却不要求制定质量计划。这台冷凝器的制造工艺如管板及折流板等元件没有按质量计划要求编制制造过程控制卡，只是按一般制造工艺编制，虽给出了工序及工序内容与要求如管孔直径及偏差等，但却未有列出：操作者/日期、检查结果及检查员/日期、责任师/日期等项目栏，更未注出控制点。使得钻孔工序的操作结果没有见证，处于见证失控状态。所以，类外容器也应制定质量计划，编制元件制造过程控制卡，对于折流板管孔不仅要给出直径及偏差要求，更应列出需要见证的项目栏，并注出控制点，以达到设计要求，保证制造的可靠性。

3 结语

从上述讨论影响冷凝器因振动碰撞磨损引发换热管泄漏失效的相关问题，得到冷凝器设计与制造的改进建议。

1）设计应合理选择管束壳体的进/出管口直径，并尽量靠近上/下管板设置，进口接管应设置防冲板；管束布管应考虑防冲板所占据的空间，管束两端的折流板应尽量靠近进/出管口。应探讨在保持换热管布管数量不变的前提下，选择壳体的进/出管口直径为DN150并加设防冲板，而折流板间距为150mm设计方案的可能性。

2）换热管外径及偏差与折流板管孔直径及偏差应符合GB 151规定，并选用换热管为GB 9948普通级冷拔正火状态的20钢管，采购合同注明技术要求：工艺性能作扩口试验；逐根进行水压试验，试验压力为1.6MPa。

3）不论是划类容器还是类外容器甚至常压容器，制造都应编制质量计划，尤其是换热器的管板和折流板等元件，更应编制制造过程控制卡，不仅给出工序内容及要求如管孔直径及偏差，而且尚应列出操作者/日期、检查结果及检查员/日期等栏目，使得管孔直径及偏差得到控制并见证。

[1] GB 151—1999 管壳式换热器[S].

[2] 化学工业部设备设计技术中心站.钢制列管式固定管板换热器结构手册[M].1984.

[3] GB 150—2011压力容器器及释义[S].

[4] TSG R0004—2009 固定式压力容器安全技术监察规程及释义[S].

Blowdown condenser leakage of problems and improvement

Yu Gang Gao Bo Guan Qinghe
(CNPC Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Factory Liaoyang 111003)

For a case of a vent condenser leakage failure, from the impact on the structural design of vibration wear and heat exchange tube material selection and procurement requirements, baffe tube hole diameter and the determination of deviation, the manufacture, this paper analyzed the factors of the quality plan, it offers some Suggestions as to how to avoid the leakage failure risk control measures.It Suggestions to improve the rationality of structure design and heat exchange tube bundle shell material and manufacturing quality plan to ensure the reliability of the condenser long-term safe operation.

Condenser Internal leakage Design Manufacturing Improvement

X933.4

B

1673-257X(2015)06-64-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.06.014

余刚（1981～），男，工程师，现从事压力容器建造工作。

2014-09-08）