王 磊，丁 亮，張鋒鏑

(大連萬陽重工有限公司技術中心，遼寧大連中山長江路123號長江寫字樓1833室 116000)

本文以筆者親自參與建設的項目為例，結(jié)合多年從事壓力容器制造的經(jīng)驗，就生產(chǎn)裝置中換熱器設備在安裝及水壓試驗過程中總結(jié)的一些經(jīng)驗與大家進行分享。

1 工程概況

筆者參與提供設備制造的“40萬t/a芳烴抽提裝置”是撫順石化公司80萬t/a乙烯工程中的一套新建化工裝置，該裝置是一套化工生產(chǎn)裝置，其中非標換熱器為我公司提供。裝置占地面積107×100=10700 m2;裝置性質(zhì)為甲類生產(chǎn)裝置;主要危險介質(zhì)為甲B類(苯、甲苯、乙苯)可燃液體;裝置按照使用功能劃分為6個區(qū)，即管廊及空冷器區(qū)、抽提蒸餾區(qū)、芳烴精餾區(qū)、溶劑及芳烴回收區(qū)、機泵區(qū)、中間罐區(qū)。本裝置在2009年6月18日開工，2012年6月20日實現(xiàn)工程中交，目前該裝置已投入使用一年多，通過回訪，建設單位對芳烴裝置的建設質(zhì)量評價為良好。

2 問題的提出

在石油化工生產(chǎn)裝置中換熱器設備分為非標設備及標準設備兩類。其數(shù)量和設備型式依具體生產(chǎn)工藝來確定。不同裝置中的換熱器設備少則十幾臺，多則上百臺。常見結(jié)構(gòu)型式有浮頭式換熱器、U型管式換熱器和固定管板式換熱器等。

芳烴抽提裝置共有換熱設備26臺，其中浮頭式換熱器10臺、U型管式換熱器12臺、固定管板式換熱器4臺，分別安裝在地面層及構(gòu)架平臺上。這些設備于2009年12月制造完成;2010年3月陸續(xù)運抵施工進場，隨即進行了進場驗收、就位、安裝及配管等工序。由于建設單位對工程交工工期的延后，使這些設備于2012年3月才開始進行水壓試驗及裝置聯(lián)動試運行。從這些時間節(jié)點可以看出，換熱器從制造到裝置聯(lián)動試車共經(jīng)歷了三個冬季，這樣給換熱器的保管工作帶來了質(zhì)量隱患。由于設備在制造廠進行的是水壓試驗，一般情況下水壓試驗后設備內(nèi)的積水不能保證全部排凈，由此可能出現(xiàn)一系列的泄漏問題。常見的有:換熱管因凍脹而開裂;各法蘭間的墊片密封性能失效;設備法蘭的主連接螺栓出現(xiàn)松動等。通過分析和討論認為只有從制造、出廠檢驗、運輸、進場驗收、現(xiàn)場安裝及水壓試驗等各環(huán)節(jié)嚴格進行質(zhì)量控制才能保證這些設備在裝置投料試車中一次通過。

3 換熱器水壓試驗方案的論證

關于換熱器的安裝質(zhì)量要求，國家標準均有嚴格規(guī)定，如《管殼式換熱器》GB 151—1999中第7.1.2.1條規(guī)定:“可抽管束換熱器安裝前應進行抽芯檢查”;《石油化工換熱設備施工及驗收規(guī)范》SH/T 3532—2005中第7.1.2條規(guī)定“換熱設備應進行現(xiàn)場壓力試驗”等。因此，明確規(guī)定:現(xiàn)場安裝的換熱設備交工前必須在現(xiàn)場重新進行水壓試驗，合格后方可交付建設單位。

由于芳烴裝置的換熱設備進場時間均在兩整年以上，且全部存放于露天條件下，按照規(guī)范要求必須逐臺進行水壓試驗。對此，總包單位現(xiàn)場管理人員根據(jù)多年的安裝經(jīng)驗，分別從理論和實踐兩方面對換熱器的試壓程序進行了有理有據(jù)的分析論證，最終說服了建設單位及質(zhì)量監(jiān)督等部門的專業(yè)技術人員，編制了《芳烴抽提裝置換熱器水壓試驗專項方案》，此方案得到了建設單位的確認。按照此工藝試壓不僅大大降低了工人的勞動強度，保留了設備在制造廠的裝配精度，而且還為公司節(jié)約了近十幾萬的安裝費用。

3.1 對裝置換熱器數(shù)據(jù)表的分析

芳烴抽提裝置需要進行水壓試驗的換熱器設備共22臺，具體型式及規(guī)格如表1所列。

表1 芳烴抽提裝置管殼式換熱器設備明細表Table 1 The aromatics extraction unit of shell and tube heat exchanger equipment list

對表中所列設備進行了歸納整理，其中U型管式換熱器12臺，共有四種形式，分別是插入式4臺、蒸汽發(fā)生器式2臺、標準形式5臺、套管式1臺;浮頭式換熱器10臺。這些設備水壓試驗的難點是U型管換熱器的試壓。U型管換熱器多安裝在構(gòu)架上，其中4臺插入式結(jié)構(gòu)的換熱器是在高空中與塔器設備配合安裝，如果抽芯檢查其施工難度很大，需要動用100 t以上的吊車配合。通過分析，項目部決定從設備制造源頭抓起，把設備的制造過程及出廠檢驗工作做為水壓試驗質(zhì)量控制的關鍵控制點。

3.2 設備制造及出廠檢驗過程中的質(zhì)控措施

從2009年9月起，為保證這些設備進場后的安裝質(zhì)量，對22臺換熱器實行了嚴格的出廠檢驗程序。

1.嚴格控制用于制造設備的原材料采購，主體材料板材、鍛件、換熱管、設備墊片等必須由指定的合格供方名單內(nèi)供貨。

2.設備在制造廠進行水壓試驗前，由建設單位、監(jiān)理單位、總包單位及施工單位四方代表組成驗收組，在制造廠里先對設備所有零部件進行外觀質(zhì)量檢查，合格后方可進行水壓試驗工序。

3.四方驗收組人員逐臺見證整個試壓過程。

4.四方驗收組人員逐臺監(jiān)督設備水壓試驗后的排水及吹掃工序。

通過以上四個環(huán)節(jié)的控制，可以保證設備在現(xiàn)場保管過程中不出現(xiàn)凍脹換熱管的問題。

3.3 現(xiàn)場水壓試驗工藝的制定

由于對換熱器做到了嚴格的逐臺出廠檢驗，為現(xiàn)場水壓試驗工作的順利進行提供了保障?，F(xiàn)場水壓試驗時設備可不必完全解體，不僅大大減輕了操作者的勞動強度，縮短了安裝工期，而且節(jié)約一定數(shù)量的安裝工程費用，主要工藝措施如下。

3.3.1 準備工作

因為是單臺水壓，所以需要為每臺設備的各管口準備一套打壓墊片及打壓用法蘭蓋，并在入水管口打壓法蘭蓋上安裝進水閥和壓力計閥，出水管口的打壓法蘭蓋上安裝出水閥。

3.3.2 水壓過程

1.對于4臺插入式U型管換熱器;由于換熱器是在高空中與塔器設備配合安裝，其殼程為塔體空間，殼程工作壓力較低，故設備殼程水壓試驗可由塔器設備的充水試驗代替，本次試壓只進行管程水壓試驗。具體步驟是:將管箱拆下→更換設備墊片→安裝管箱→對管程進行水壓試驗，此時壓力表有無壓降，各法蘭密封面有無泄漏現(xiàn)象等，無泄漏、無異常變形為合格。

根據(jù)設備結(jié)構(gòu)型式分析，此次試壓如果出現(xiàn)泄漏只能發(fā)生在管箱法蘭密封面處(因為殼體連通塔設備經(jīng)過了水壓試驗)，方法是更換墊片或堅固螺栓。

2.對于2臺蒸汽發(fā)生器式的U型管式換熱器;由于設備的管程試驗壓力大于殼程，所以試壓時先進行管程水壓試驗，后進行殼程水壓試驗，具體步驟是:將管箱拆下→更換設備墊片→安裝管箱→敞開殼體側(cè)開口法蘭→對管程注水進行管程壓力試驗→合格后排水→敞開管箱側(cè)開口法蘭→向殼程注水進行殼程水壓試驗。兩次試壓均觀察壓力表有無壓降、各法蘭密封面及對應設備開口法蘭處有無泄漏現(xiàn)象，無泄漏、無異常變形為合格。

可能出現(xiàn)的泄漏情況發(fā)生在管接頭或換熱管:泄漏發(fā)生在管程試壓中，處理方法是將管箱拆下→在管板側(cè)安裝試壓法蘭→向殼程內(nèi)注水進行殼程試壓→查找泄漏點→排水→對泄漏點進行修補→合格后按正常程序進行殼程水壓試驗和管程水壓試驗直至合格。

3.對于5臺標準形式U型管式換熱器:按正常試壓程序進行，更換墊片后，先進行管程水壓試驗，后進行殼程水壓試驗，具體步驟是:將管箱拆下→更換設備墊片→安裝管箱→敞開殼體側(cè)開口法蘭→對管程注水進行管程壓力試驗→合格后排水→敞開管箱側(cè)開口法蘭→對殼程注水進行殼程水壓試驗。兩次試壓均觀察壓力表有無壓降、各法蘭密封面及對應設備開口法蘭處有無泄漏現(xiàn)象，無泄漏、無異常變形為合格。

可能出現(xiàn)的泄漏問題發(fā)生在管頭或換熱管:可以判斷泄漏發(fā)生在管程。處理方法是將管箱拆下→在管板側(cè)安裝試壓法蘭→向殼體內(nèi)注水進行殼程試壓→查找泄漏點→排水→對泄漏點進行修補→合格后按正常程序進行殼程水壓試驗和管程水壓試驗。

4.對于10臺浮頭式換熱器;進行兩次水壓試驗。具體步驟是:拆下管箱、外頭蓋、浮頭蓋→更換設備墊片→安裝浮頭蓋、管箱→敞開殼體側(cè)開口法蘭→從管箱側(cè)注水進行管程水壓試驗→合格后安裝外頭蓋→敞開管箱側(cè)開口法蘭→從殼程側(cè)注水進行殼程水壓試驗。兩次試壓均觀察壓力表有無壓降、各法蘭密封面及對應設備開口法蘭處有無泄漏現(xiàn)象，無泄漏、無異常變形為合格。

可能出現(xiàn)的泄漏問題發(fā)生在管接頭:處理方法是將管箱拆下→在兩側(cè)管板處均安裝試壓法蘭→向殼體內(nèi)注水進行殼程試壓→查找泄漏點→排水→對泄漏點進行修補→合格后按正常程序進行殼程水壓試驗和管程水壓試驗。

3.3.3 排水過程

水壓試驗之后需要將換熱器中的水排出，此時將打壓法蘭蓋上的出水閥與排水管線相連，緩慢打開出水閥，將水排入泄污溝中。當水排凈后，用高壓空氣將設備內(nèi)部吹掃干凈，不得留有水漬等。

4 水壓試驗效果評價

上述水壓試驗程序是針對不同型式的換熱器在現(xiàn)場施工條件下所采取的即簡便，又實用的工藝措施。其優(yōu)點體現(xiàn)為三點:一是不必完全將換熱器解體，縮短了試壓及裝配工期。二是減少了專用試壓胎具的使用，節(jié)約了施工中的直接成本。三是從制造源頭抓起，使設備制造質(zhì)量得到嚴格控制。

5 結(jié)論

目前撫順石化公司80萬t/a乙烯工程40萬t/a芳烴抽提裝置已順利開車，且裝置已安全運行了一年多，由此證明此試壓工藝是合理的、可靠的，有推廣的價值。