管壳式石墨换热器管板裂纹修复

管壳式石墨换热器管板裂纹修复

摘要：列管式石墨换然器结构较简单、操作可靠，是磷化工装置中磷酸滚缩工段普遍采用的接热设备，受石墨易脆裂、抗弯和抗拉强度低的特点限制，该类设备容易损坏，且维修难度大，湖北省黄麦岭磷化工公司磷酸浓缩Ⅱ系在石墨换然器管板的维修方面取得了成功经验，为类似设备故障的分析和处理提供了参考。

关键词：石墨换热器管板清洗

也被称为壳管式换热器和管式换热器(结构分为两种固定和浮头)，管束被封闭在所述外壳壁作为一个回热式热交换器的热传递表面。磷化学方*****的经验和总结，希望同行学习。

1、管壳式石墨换热器的运行与应用

石墨管壳式换热器良好的耐腐蚀性，具有良好的传热性能，不易结垢传热面，用饱和蒸气在相对低的温度(120℃)，以完成材料的加热，同时避免能量发生高温污垢。它易于脆性断裂，低挠曲和拉伸强度，为了更好地所以只有低压力下，块形结构，这是唯一的工作压力的承载能力通常是1.0〜1.1MPa。

石墨换热器在运行和使用过程中，一般要避免形成水击冲击;在使用过程中，严格控制介质的温度和压力，避免超指数运行，杜绝快速提升和冷却、提升压力现象;如果石墨换热器的冷却介质为高温气体，应禁止随意中断冷却介质，更不能让冷却介质的液位降到石墨件以下; 在使用过程中，浮端法兰紧固力应适中，以确保设备外壳与石墨管束之间的热膨胀和收缩时自由滑动。为此，浮端尽量采用弹簧螺栓..

2、黄麦岭磷酸浓缩石墨换热器基本工况

2.1工艺流程

石墨换热器一般成本高、体积大。黄陵公司磷酸浓缩工段采用浮头石墨换热器。规格型号1791mm×10515mm，换热面积568.2m2

换热管总数为649根，石墨管尺寸为8.1 mm 50.8 mm，由赛利斯石墨科技(上海)有限公司生产。

石墨换热器换热后，26%~28%的酸储罐和低压蒸汽稀释磷酸，强制循环泵循环后，在浓缩闪蒸室真空条件下蒸出45%~48%的浓磷酸，并输送到浓磷酸储罐。大量的水蒸气和残留的含氟气体被大气冷凝器冷却，进入循环水系统。低压蒸汽通过石墨换热器加热产生一些冷凝水，送到脱盐站或用于反应过程中的二次使用。

2.2换热器规格及主要技术参数换热器规格及主要技术参数。

3、黄麦岭石墨换热器管板裂纹故障修复

3.1换热管破裂原因分析及修复

3.1.1换热管破裂原因

黄麦岭公司聚集部分石墨换热器在使用大量多次的管道破裂现象发生了，经过长期的探索和积累经验后，我们找到了失败的原因还没有彻底清洁和维护，工艺操作的不稳定性和不正确的安装。

(1) 石墨管没有彻底清洗。在浓缩过程中，随着磷酸浓度的逐渐增加，杂质形成的盐的溶解度逐渐降低。石墨换热器换热管内壁形成钙盐和氟盐垢层。如果不彻底清洗，氧化皮层会越来越厚，不易去除，换热效率会逐级下降。

(2)老垢层没有完全清除，导致传热效率下降。 在石墨换热器的充注过程中，为了保证生产负荷，必须增加蒸汽压力。 虽然壳体侧压力没有超过额定壳体侧压力，但当壳体侧压力长期超过150kpa (g)时，石墨管仍会损坏，导致石墨管断裂。

(3)汽带严重。每次冷凝清洗和蒸煮时间一般为36小时(从停酸到成品酸)，停车时间较长，蒸汽管路中的残留蒸汽容易凝结成水，黄麦龄公司集中蒸汽使用低压蒸汽发电后，蒸汽混合物体积较大，在冷凝装置未将蒸汽管道中残留的冷凝水完全排出之前，蒸汽混合物会进入石墨换热器，产生沸腾现象，影响石墨换热器的安全运行。

(4)的旁通通路和主加热速率太快。的规则和预热时间大于或等于30分钟，主路加热，快速加热率，每小时的温度上升大于5℃，得到的石墨管，特别是管板(30厘米在管厚，管道板厚度40厘米)在加热过程中温度是石墨管的过大，不均匀的局部加热，在膨胀的量的大的差别，有可能造成损害的石墨管和管板。

(5) 蒸汽过热。蒸汽温度高于120℃，超过工艺指标要求。

(6)换热器支架承受不均匀或歪斜的力(超出进出口膨胀调节的调节范围) ，石墨部件承受机械挤压或冲击。

(7)换热器浮端应承受不均匀受力和有限膨胀。

超过七各种因素，第一个五年的情况是比较常见的，还会损害石墨管损伤是比较常见的。不规则性和发生多次不当维护两种情况后，可引起石墨换热器管板的破裂，当然，也伴随着在石墨管的损坏。

3.1.2换热管破裂故障的修复

在少量石墨管破裂的情况下可以采用这种方法来解决问题(这种方法已广泛应用于机组的使用) ，经过30% 以上的传热面积后，只能更换设备或更换破裂的石墨管。 2003年2月，黄梅岭公司发生183管单发爆炸事故，更换换热管后恢复使用。

3.2石盈管板产生裂纹的原因分析及修复

石墨换热器管板金属芯构件键，直接影响整个生产系统，尤其是在没有备份设备，修复系统是维持生产的唯一选择。

石墨管板的裂纹可分为横向裂纹和纵向裂纹。横向裂纹是指垂直于换热管的裂纹，纵向裂纹是指与换热管方向相同的裂纹。

3.2.1纵向裂纹产生原因分析及修补

黄麦岭公司磷酸浓缩液II系统2014年，石琦传热装置上管板发生纵向裂纹，裂纹位于管板外侧，距密封面向下长度10cm，径向深度8cm，导致磷酸泄漏..

(1)分析原因。首先，将长的管道泄漏在座椅底部热交换器磷酸盐沉积，通过按压力不均衡导致在热交换器安装支撑底座本地浮动管板的腐蚀;第二行怀差低压蒸汽冷凝物管道，当在石墨换热器操作过程蒸汽压力波动频繁振荡异常的影响。

(2) 维修计划。通过与厂家反复沟通，由于裂纹的径向深度只有8cm，所以没有穿透换热管，只能保证上密封面无泄漏。我们确定了钻井修理计划，修理分两次进行。

第一次：①隔离管板裂纹处相对封闭的环境;②彻底清洗冷凝水，用丙酮清洗，用电吹风吹干;③沿外壁裂纹均匀划出孔中心点，孔外圆距上密封面6mm，孔距26mm，钻速均匀，直径16mm，深度40mm(见图3);④将孔内石墨粉清理干净，用丙酮清洗，用电动吹风机吹干0.5-1h;⑤注入石墨酚醛胶，压入制备好的5.5×35石墨棒;⑥ 用1000W碘钨灯将表面残留物清理干净，保温6~8h，保证粘合剂充分固化;⑦用砂轮机打磨。

第二次：①钻第二遍，孔中心点设在前两相邻孔连接的中点，间距26mm，重复③～⑦的过程(见图3);② 密封面裂纹用角磨机沿裂纹打磨成宽6mm的V型槽，内填胶粘剂，充分吸收，然后磨平;③丙酮清洗检查，眼部无裂纹，试压无渗漏。自本次维修以来，该操作没有重复。

3.2.2横向裂纹原因分析及修复

在2015年，石墨换热器下的管板发生横向裂纹，裂纹在管板外，周向长度为120cm，最深处约30cm，导致磷酸泄漏。

(1)分析原因。首先，将上侧石墨热泄漏长头，不仅沿着被连接到浮动螺栓，热交换器管板和压力环填料热交换器的壳体侧磷酸盐腐蚀的泄漏，也形成在管板表面的外侧污垢，冲击自由膨胀热交换器的层;第二内压力环表面不均匀侵蚀，局部应力，均匀填充的不连续性。为了减少泄漏，螺栓局部过大的力，长期冲击载荷，产生裂纹横向管板。

(2) 维修计划。首先将设备内的液体放掉，用清水冲洗后，在壳侧进行液压泄漏试验，找出损坏的管道(15根)，充分干燥后，用常规方法堵住上部石墨管，下部管板采用深密封，即将密封位置推到30～40mm以上横向裂纹，密封材料不变(35×40石墨棒)，再通过二次泄漏试验确认管道裂纹泄漏已消除，纵向裂纹应沿裂纹钻孔修复。

自本次维修以来，该操作没有重复。

(3)修复石墨酚醛胶粘剂的配方。修复时石墨烯酚醛胶粘剂的配方：酚醛树脂(2130，粘度4杯：1000-2000s)约1000g，石墨粉约700g，苯磺酰氯(粒径92%)25~80mL..需要注意的是：(1)石墨粉的粘度可根据温度来增减;(2)碳质氯化物的用量应根据温度来调节，当温度较高时，应少加;(3)苯磺酰氯在加入石墨粉之前应先与树脂混合均匀;(4)胶粘剂表面应无油污、灰尘，干燥。

(4)石墨管板来解决这个问题，应注意的是：①裂纹部位彻底清洗; ②裂纹水分*****燥; ③合适的钻孔努力，以避免不均匀的影响;流动性粘合剂④至中度。

4、结语

管壳式石墨换热器必须严格按照操作规程(控制温度、压力和稀磷酸流量)进行操作，并按周期彻底清洗，及时消除设备部件的不均匀应力和腐蚀，保证连续性，石墨换热器平衡、稳定、长周期运行。从以上维修实例来看，仅满足使用要求，不能恢复设备原有的性能和技术要求。修复不仅费时费力，而且修复设备部件的强度明显低于原来的(只有表面40mm修复，内部裂纹仍然存在)，对异常情况的适应性较差。如果管板再次损坏，修理质量可以控制在较低的水平，此时，生产单位应做好更换石墨换热器的准备。