甲醇水冷器是兖矿国泰化工有限公司20万t/a甲醇装置的主要设备之一,2008年4月投入使用。该水冷器为Ⅱ级压力容器,换热面积为2×210 m2。管程走甲醇合成气,设计压力为5.85 MPa,设计温度为110 ℃;工作压力为5.5 MPa,工作温度为90 ℃ 。壳程走冷却水,设计压力为0.6 MPa,设计温度为50 ℃;工作压力为0.5 MPa,工作温度为32 ℃。其管板材质为16MnⅢ,堆焊层的过渡层和面层材质分别为E309L-16和E308L-16,列管材质为0Cr18Ni9,列管的规格为Φ19 mm×2 mm。
2009年7月对壳程冷却水溶液进行分析,发现含甲醇,判断设备内漏。打开管箱,通过壳程试气密性、管板表面着色检查,发现管板表面有纵向裂纹、列管内漏、列管焊缝有漏点等问题。经分析,甲醇水冷器内漏的原因如下。
1.管板加工过程中,堆焊层焊接热处理效果不好,存在焊接应力,甲醇合成气中的甲醇、硫化氢、氢气对堆焊层都具有不同程度的腐蚀性,在焊接应力、工作压力长期作用下形成应力腐蚀,使管板堆焊层表面逐渐出现纵向裂纹,管桥裂纹深处延伸到焊缝造成列管焊缝有漏点。
2.甲醇水冷器长期使用过程中,甲醇合成气中含有石蜡,石蜡长期积累凝固经常堵塞列管,大量列管堵塞后造成换热效果差。甲醇水冷器列管因石蜡堵塞,通常采用煮蜡的方法清理,但煮蜡会造成甲醇水冷器上、下列管热膨胀不均,底部3~4行列管因积水、石蜡积存而膨胀量小,同时底部3~4行列管受很大拉应力影响,拉应力使底部列管在焊缝热影响区范围内塑性变形,甚至拉裂。底部3~4行列管在焊缝热影响区范围内大量内漏,说明了煮蜡是造成列管内漏的主要原因之一。
找到甲醇水冷器内漏的原因后,公司采取了以下处理措施。
1.先用电动小型铣刀清理内漏列管焊缝,抽出1根内漏列管后穿入1根新列管,这样依次更换其他内漏列管;对难穿的新列管采用锥体导向头穿入,然后按焊接要求施焊并贴胀新列管,内漏列管焊接坡口为60°。
2.用电动小型铣刀清理列管焊缝漏点,着色检查无缺陷后施焊,列管焊缝漏点焊接坡口为45°。
3.用电动小型铣刀清理管板堆焊层表面裂纹,着色检查无缺陷后进行施焊。
以上焊接均采取钨极氩弧焊;焊接电源采用直流电源,极性正接;焊丝采用309L,规格为Φ2.5 mm,氩气纯度99.99%。焊接的工艺参数为焊接电流60~70 A,焊接电压14~16 V,焊接速度120~160 mm/min,氩气流量8~10 L/min。焊接后通过壳程进行水压试验,试验压力为0.63 MPa,保压30 min,合格。
甲醇水冷器修复后,列管内石蜡采用高压水枪清理,设备运行至今无内漏现象,保证了甲醇水冷器的安全使用。