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摘要：针对油浆蒸汽发生器在使用中频繁发生泄漏问题，从油浆蒸汽发生器设计制造和实际工况等方面进行了综合分析，分析了泄漏原因。通过采用自动化程度高的机械制造设备和严格的焊接工艺，降低了油浆蒸汽发生器的泄漏问题，改进后取得了较好的效果。
某炼油厂一台油浆蒸汽发生器在生产过程中管板孔桥、管板与换热管焊肉、胀接处频繁发生泄漏，堵塞换热管后，油浆蒸汽发生器投用后不久又出现多根换热管发生泄漏。为彻底消除泄漏隐患，我们针对油浆蒸汽发生器泄漏的原因进行了分析，并制定较严密的设计、检验措施，取得了良好的效果。油浆蒸汽发生器为管壳式换热器，按照GB151 —1999 《管壳式换热器》进行设计制造，具体技术参数见下表。 （图片） 1. 泄漏原因分析
( 1) 生产工艺的因素 投用时由于生产的紧迫性，运行速度较快( 250t/ h) ，这势必会造成管板与换热管工作温度和压力的频繁变化。油浆蒸汽发生器的壳程入口蒸汽温度为247 ℃，而管程入口温度为331 ℃，温差较大，部件温度分布不均匀，油浆蒸汽发生器上部温度要远高于下部，这就造成管板、换热管各部分热胀冷缩变形的不一致，产生较高的温差载荷，造成管板受力不均，使管板局部产生较高应力，在此部位产生微裂纹，直到管板开裂产生泄漏。
( 2) 管板的化学成分和金相分析 在管板( 基层)有裂纹处取样进行化学成分分析，结果管板材料的化学成分符合JB/ T 4726 —2000 《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》的要求，从而证明管板材质是合格的。从管板上分别取金相试样，经磨光、抛光、侵蚀后，在金相显微镜下对其显微组织进行分析，断口表面颜色灰暗，管板中存在带状组织和夹杂物，无明显塑性变形，为脆性断裂。在管头热影响区有多条腐蚀沟，说明裂纹形成后，腐蚀介质对裂纹有冲击腐蚀的作用，随后裂纹向管板深处扩展直到管板开裂。
( 3) 残余应力的因素 该油浆蒸汽发生器管束制造技术条件中要求，换热管与内管板为强度焊加贴胀，经测量换热管外径与管板管孔直径发现部分管孔偏大，而换热管外径偏小，造成部分换热管与管板孔配合间隙过大超标。当换热管与管板胀焊时，由于采用深孔机械胀接的方法，换热管处于平放位置，没有采取任何工艺措施来保证换热管与管板间间隙均匀，所以换热管与管板胀焊完成后，会造成局部过度变形，产生冷加工硬化;另外，加之存在的过胀，造成胀接处存在较高残余应力。在使用过程中，换热管承受的工作压力也产生一定的拉伸应力，这两个应力叠加，为换热管的应力腐蚀创造了必要条件，是造成换热管泄漏的重要原因。
( 4) 制造加工的因素 油浆蒸汽发生器管板开裂处经化学成分分析合格，将管束抽出来，把换热管割断后，对管板开裂处解剖，发现裂纹是从壳程侧孔桥严重超差( 经测量孔桥仅2. 6mm) 处开始，因此孔桥偏差是管板开裂又一主要原因。
目前国内管板最普遍的加工方法是下料( 锻件) 、车加工、划线、钻孔( 定位孔、钻孔、扩孔钻) 、倒角等工序。管板定位孔加工决定钻孔位置，给管孔加工打下良好基础。定位孔的深浅要适宜，过浅会使中心移位; 过深如中心不准确时修改困难，其深度和直径由管孔的直径决定。操作工为提高生产效率采用摇臂钻床，大的切削进给量，势必造成孔桥宽度偏差加大和表面粗糙度超差，致使换热管胀接处泄漏率增大。
( 5) 管子与管板的焊接 是油浆蒸汽发生器管束加工的重要结构部分，工作量大且要求焊工责任心强，而且在设备的运行中，必须保证连接处介质无泄漏且具有承受介质压力的能力。有的焊工为赶生产进度采取大热输入量，并且不控制层间温度，也是造成换热管泄漏的原因。
2. 改进措施
( 1) 油浆蒸汽发生器管束制造过程中，管板管孔的加工粗糙度和换热管的外径尺寸偏差应符合GB151 —1999 《管壳式换热器》要求，换热管与管板孔的间隙也应按标准执行，以免在焊接和胀接后造成局部残余应力过大。
管孔加工是管板制造中的一个环节，建议采用自动化程度高的数控钻床对管板进行钻孔。数控钻床可以满足必要孔距精度和符合要求的表面粗糙度，即管孔表面粗糙度≤25μm。另外，管板厚210mm，由于钻头刚度较差，排屑困难，不易冷却，因此容易造成管孔偏斜，应控制进刀量和钻削速度。
( 2) 孔桥宽度偏差 管板上有很多管孔，由于其孔心距尺寸偏差的大小直接影响焊接换热管和胀管的施工质量，所以限制钻孔背面的孔桥宽度偏差，以便于检查。终钻管板表面，相邻两管孔之间的孔桥宽度B 要高于GB151 —1999 《管壳式换热器》的要求。
( 3) 胀焊并用 由于换热管与管板的连接接头在操作中受到反复热变形、热冲击、热腐蚀及介质压力的作用，工作环境极其苛刻，无论单独采用焊接或胀接，都难以满足这种要求，所以采用胀焊并用的方法。胀焊并用能提高接头的抗疲劳性能，同时还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀，延长其使用寿命。建议采用液压胀接，液压胀接管壁受力均匀，管子轴向伸长少，无加工硬化现象，密封性较好。
( 4) 换热管的焊接 焊前用磨管机将换热管两端各120 ～150mm 磨光，去掉铁锈等污物呈现金属光泽。打磨后，管口外表面不得有纵向刀痕及影响胀接的棱角和不圆度。焊前用丙酮彻底清理接头坡口处铁锈、油污等杂质，并进行100% 渗透检查，焊接工作应委托责任心强和操作技术高的焊工，采取小电流、快速焊的工艺进行焊接，管头伸出高度为3mm。
( 5) 加大换热管直径 在加工管板孔时，采用不同直径的扩孔钻分几次加工管孔，这样可增加钻头刚度，排削容易，冷却速度较快。因此，减少管孔偏差。
( 6) 增大孔桥距离 是增加孔桥强度的重要措施，既可减少管板局部应力，又可延长管束使用寿命。
( 7) 管板与换热管制造工序 液压预胀接→ 焊接→强度胀。
( 8) 管理 加强对油浆蒸汽发生器的监造，特别应对管板材料、机械加工及焊接质量进行严格监控。
3. 结语
油浆蒸汽发生器泄漏是国内炼油厂普遍存在的问题，针对其泄漏的原因，通过采用自动化程度高的数控钻床、液压胀接和严格的焊接工艺，很好地解决了油浆蒸汽发生器泄漏问题。通过对该设备重新设计制造后投产以来，至今运行状态良好。证明该设计、制造是合理、可靠的。
2/14/2008
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