带压密封技术在换热器堵漏中的应用

摘要介绍了甲醇装置转化炉内一台换热器泄漏事故的带压密封过程。该漏点部位及环境特殊,堵漏操作难度极大。同时分析了夹具设计与制作是不停车带压密封技术成功的关键。

陕西榆林天然气化工有限责任公司的6 万t甲醇装置在2001 年3 月20 日发生了转化炉对流段一组锅炉给水预热器泄漏事故,为了避免装置停车,笔者三易方案,成功地运用了不停车带压密封技术,为公司挽回经济损失约19 万元。由于该泄漏部位及环境较特殊,堵漏操作难度极大,故作以总结,供同行借鉴。

1 漏点的发现及泄漏状况

首先发现的异常情况是在转化炉对流段底部四周有水漏出,随即通过观察孔初步确定为一组锅炉给水预热器靠墙一侧泄漏,割除炉墙钢板并拆除炉墙后,发现是一个180°弯头与直管连接处内侧焊缝发生泄漏,弯头公称直径为DN100mm ,裂纹由焊缝起延伸到弯头母材,缝长约15mm ,如图1 所示。

泄漏介质为脱盐水,温度100 ℃,泄漏量1. 5tPh ,设备内压力2. 5MPa , 炉膛介质为烟气, 温度190 ℃,炉膛负压为1 000Pa 。

2 堵漏作业的可能性及存在的困难

由于漏点是靠近炉墙的,如果将炉墙打开适当的缺口,容一个人半身进入炉膛,双手就可以够及漏点,此即为不停车带压密封作业提供了可能。虽然漏点的位置具有不停车带压密封作业的可能,但实施起来有以下的困难:

a . 漏点在弯头内侧,使堵漏受到限制。

b. 漏点在直管与弯头连接的焊缝处,而弯头与弯头之间的距离很小,测量工具无法回旋,故在现场无法准确测量泄漏部位的有关尺寸,从而使夹具的制作十分困难。

c. 现场操作困难。漏点在炉膛内,而炉膛负压达1 000Pa ,为了维持生产,炉膛负压不能降得过低,炉墙缺口只能保证容一个人探身入内操作,而且在操作时必须将头手进入炉内才能进行。在这样的情况下,炉内的负压不但使操作人员呼吸困难,稍有不慎,眼镜、手电筒和工具就会被吸入炉中,而且此时的环境温度在0 ℃以下。现场操作难度可想而知。

3 不停车带压密封作业过程

3. 1 第1 方案———引流焊接堵漏法[1 ]

最常用的方法之一是用一螺母,使漏点完全包围在螺孔内,然后将螺母外缘与设备焊接为一体,再在螺孔内放置适量的密封剂,拧上螺栓即可。本方案中采用了M20mm 的螺母与设备进行焊接,但是在焊接过程中,由于操作空间的限制,仅有螺母一半的外缘能与设备焊接,其余部分既看不到又焊不到。在放置密封剂时由于脱盐水泄漏量过大,密封剂根本无法直接压入螺孔中,因此采取了将螺栓中心打孔并在尾端攻内螺纹,用高压注剂枪注入密封剂的措施。可是很快发现注入的密封剂被从螺母与设备未焊接的缝隙中冲走,于是又采取了注入钢球、保险丝等试图堵住未焊接的缝隙,虽使泄漏略有减小,但由于密封剂的外溢,泄漏很快又恢复原状。究其失败根源,就在于螺母外缘与设备不能够完全焊接,加之在焊接过程中,熔化的钢水被炉膛负压所抽吸,焊缝难以饱满。

3. 2 第2 方案———注剂密封堵漏法之一

经过三昼夜的努力,第1 方案被迫放弃。决定采取用大于设备弯头的弯头制作夹具,重新建立密封腔,通过注射密封剂来消除漏点,如图2。

由于无法准确测量泄漏部位数据,夹具加工人员只能以弯头的标准数据为依据进行制作,而且制作夹具的材料弯头弯曲半径与设备弯头弯曲半径不一致,前者为长半径弯头,壁厚只有6mm ,而后者为短半径弯头。为了能够将漏点包围起来,只能去掉一段弯头,然后焊接两端挡板,其中挡板2 中间的开孔是偏心的,而且是不规则斜孔,由于加工条件的限制,无法保证与弯头很好的贴合。做好的夹具安装后,无法全面检查是否合适,各贴合面与剖分面是否存在过大缝隙,同时第1方案焊上去的螺母又给夹具的制作和安装带来不便。

在现场作业过程中,漏点有所减小,但随着密封剂内部压力的升高,在泄漏还未消除之前就发现夹具变形严重,大块大块的密封剂从夹具与设备之间的缝隙和夹具剖分面处飞出,再次注入<5mm 的钢球,钢球连同密封剂一起溢出,泄漏恢复原状,堵漏又一次遭到失败。

3. 3 第3 方案———注剂密封堵漏法之二[2 ,3 ]

通过对第2 次失败原因分析,认为其根本原因有二:其一,夹具的制作精度不够,即与设备的贴合不够紧密;其二,夹具的刚度不够,材料弯头的厚度仅有6 mm ,密封剂的比压升高后,夹具就会发生形变。如果漏点的位置具有操作的条件,只要夹具有足够的精度和刚度,该装置几乎所有的漏点都可以不停车堵住。为了确保堵漏成功,特意安排两位技术人员负责跟踪指导夹具的制作,设计和制作过程从以下几个方面进行了改进:

a . 为了解决夹 具与设备不能良好贴合的问题,选用同型号的弯头作为模具,以检验夹具是否合适。

b. 为了保证夹具足够的刚度,又不至过于笨重,用δ= 20mm 的钢板与弯头进行拼凑,其形状如图3 所示。

c. 为了确保夹具剖分面处不漏密封剂,采取剖分面内侧点焊δ= 1 mm 的铁皮挡舌。

d. 为了确保夹具与设备之间的缝隙不漏密封剂,在夹具与设备贴合面处分别车一道6mm ×5mm 的节流槽。

在技术人员的精心指导下,夹具于第8 日制作完毕。由于时间的拖延,泄漏已经有所扩大,裂纹扩展,现场操作难度加大,经过一线工作人员近2h 的努力,将夹具安装到位,又用了2h 的注剂时间,堵住了该漏点的泄漏。

4 结束语

本次堵漏证实,夹具的设计是动态密封作业成功的关键,尤其是在无法准确测量泄漏部位尺寸的情况下,应设法使夹具与泄漏部位外表面的接触部分间隙足够小。一般来说泄漏介质压力越高,接触间隙应越小,但均应在0. 5 mm 以下。如果不能实现则应采取其他措施进行弥补,否则将由于密封剂的外溢使泄漏难以消除或保持很短时间后又重复泄漏。另外,有针对性地制定堵漏方案,以提高带压密封作业的成功率,减小企业的停车损失。