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摘 要：加氢装置空冷器是近年来在油品质量升级改造项目中普遍采用的关键设备，该类型空冷器在制造过程中需要解决好的关键是换热管与管板的焊接和胀接。在生产过程中，管端焊道位置的泄漏事故在设备使用初期经常出现。本文结合空冷器制造过程中，换热管与管箱组装、焊接的工艺过程，分析导致焊道缺陷产生的几个常见问题。同时，也对在实际操作中需要注意的事项进行了说明。
关键词：加氢装置空冷器；管端焊道缺陷；泄漏；工艺过程
引言：随着我国石油化工、煤化工、电力等领域的高速发展，空冷器由于具有传热效率高、投资省、操作费用低、安装、维修方便等特点，得到了廣泛应用。在炼油项目加氢装置中，空冷器经常在高温、高压以及介质腐蚀严重的工况下运行，多采用耐高温、抗腐蚀性能较好的铬钼钢和抗氢钢做为管板和换热管的主体材料。本文结合实际工作中遇到的相关案例，针对主体材料为铬钼钢和抗氢钢的空冷器经常出现的管端泄漏问题，总结了缺陷产生的原因，并提出解决方案。
1、加氢装置空冷器的基本情况
案例中加氢装置空冷器为鼓风式水平管束，具体参数如下：
1.1 空冷器的型号为GP10.5×3-6-226-11.92S-23.4/DR-Ⅲt，鼓风式水平管束，规格为10.5*3m，6排管；翅化比为23.4；管程数Ⅲ。其中管箱材质为Q345R（R-HIC）；换热基管材质为10#；进出口整体法兰材质为16Mn（HIC）Ⅲ；丝堵材质为35 #。分为固定端和浮动端。
1.2 空冷器技术参数：设计压力11.92Mpa，设计温度280℃，试验压力18.6Mpa，工作介质热高分气H2S（2.1v%）、NH3（0.2v%）、H2（82.7v%）。
2、管端焊道解剖后缺陷分析
空冷器在系统运行后出现了管端泄露的事故，导致停产检修；从解剖后的焊道中可以看到，存在裂纹和未融合、气孔等缺陷；见图片：
3、加氢装置空冷器管端焊接工艺过程
3.1 焊前应清理坡口及坡口两侧25mm周围油、水、锈、氧化物等污物，露出金属光泽，翅片管与管板组装前应对管孔和翅片管管端进行清理包括管孔内及翅片管内、外表面，保证焊接接头周围20mm范围内洁净。焊丝表面不得有油、锈等污物。管端焊缝焊前需预热，预热温度≥80℃，焊接层间温度不得低于预热温度。
评定试板焊后RT探伤无缺陷
3.2 翅片管与管板装配后，用治病氩弧焊强进行植绒典故，每个管孔必须按时钟九点钟位置点固一点，点固焊缝长度4～5mm，点固焊接电流130～140A，电弧电压12～14V，保护气体纯氩Ar，气体流量8～10L/min，亭湖后焊枪应保持不动停留3～5秒，以便滞后气体保护熔池不被氧化。（管端伸出管板长度1～1.5mm）
3.3 翅片管与管板焊接时，在未点固侧管箱长度方向均匀对称焊接，防止管箱焊后变形，焊管时由中间向两侧分段跳跃焊。采用深孔焊机填丝焊接，焊丝牌号HS09MnSHG-3，Φ0.8，，峰值电流200～220A，基值电流80～85A，电压11～12V，保护气体纯氩Ar，气体流量8～10L/min。
4、管端焊道泄露的原因分析
4.1管头焊道的应力腐蚀：管子与管板焊接后存在焊接应力，管头胀接后同样存在局部应力残留；在通入高温高压介质后，气流冲击系统产生工作振动，容易导致应力集中局部焊道开裂。
4.2流经设备内部介质的化学腐蚀：介质中存在具有强腐蚀能力的介质，也会造成泄漏。但是，该组设备刚刚运行，有足够的腐蚀余量，所以化学腐蚀可以排除。
4.3焊道中存在缺陷：在通入的介质中有效分子气体如氢气，渗透力较强，如果在管头焊道中存在细微缺陷，如气孔、夹杂等，这类缺陷不明显并且不超出标准评定范围。由于设备的结构限制，无法完全用表面探伤检测出来。氢气在较高压力作用下，也容易从这些缺陷位置泄漏。这种情况泄漏量较少，可以根据现场流出物的形态进行判断。
4.4外力的影响：在设备运行初期，瞬间通入的气流压力过大、温度升高过快，会导致固定管箱与浮动管箱之间位移拉大过快，出现纵向和横向大幅波动，导致焊道开裂。这种情况是由于多次通入高压介质，没有采取缓慢升压的方式操作，由于设备长时间放置出现大量锈蚀，本身的自我调节能力下降而出现的。通常焊道有明显裂纹，泄漏的介质量会较大。
结合管端焊道中裂纹和未熔合缺陷分析，焊接工艺评定结果可以证明该焊接方法可以满足技术要求，具备可操作性；但是，在实际操作中会出现偏差而影响焊接质量。局部未熔合、气孔等缺陷无法完全通过无损检测的方法和压力试验（包括水压试验、气密试验和氦检漏试验等）发现。在生产操作中如果瞬间系统内压力过大，极易引起这些不超标缺陷的扩大，成为薄弱环节而导致裂纹，从而造成介质泄漏。
5、加氢装置空冷器管端焊接的注意事项
在生产当中不规范操作引起的泄漏事故这里不做过多赘述，本文仅从空冷器生产制造企业角度总结以下几点意见，供参考：
5.1 在翅片管与管箱组装前，除了对管端的油污、锈蚀等清理之后，也要注意组装过程中保证不出现管端的二次污染，避免操作者再次带入油污等影响焊接质量的因素。
5.2 在翅片管定位后，调整管子伸出长度时多采用机械加工的方法消除多余的部分；在这期间会有少量铁屑夹在管子与管板焊缝中，必须认真清理干净才能施焊，避免出现夹杂缺陷。
5.3 管子与管板焊接前预热一定要使整个工作面温度均匀。由于空冷器的结构特点，对焊道预热不易操作，并且极易因为局部温度不够或预热时间不足，在前序带来的水、油污等残留在焊缝中，造成气孔、未熔合缺陷。
5.4 焊后热处理是消除焊接残余应力的必要手段。焊接后造成的应力和后序胀管产生的应力都会影响焊缝质量，尽量增加热处理工序从而消除隐患。
6、结束语
加氢装置空冷器生产制造企业有责任为用户提供合格的产品，虽然在多年的设备制造过程中总结出了一套完整、可行的工艺流程，但在实施中不注重细节，管理不到位就会埋下事故隐患，给用户造成损失。为了保证承压设备的安全性，必须从源头抓起，严格落实质量管理措施，从设备的制造工艺、材料、焊接、热处理和无损检测等主要方面认真落实，注重细节管理，从而提高企业产品的市场竞争力。
参考文献
[1]NB/T47007-2010《空冷式热交换器》
（作者单位：南京三方化工设备监理有限公司）
关键词：加氢装置空冷器；管端焊道缺陷；泄漏；工艺过程
引言：随着我国石油化工、煤化工、电力等领域的高速发展，空冷器由于具有传热效率高、投资省、操作费用低、安装、维修方便等特点，得到了廣泛应用。在炼油项目加氢装置中，空冷器经常在高温、高压以及介质腐蚀严重的工况下运行，多采用耐高温、抗腐蚀性能较好的铬钼钢和抗氢钢做为管板和换热管的主体材料。本文结合实际工作中遇到的相关案例，针对主体材料为铬钼钢和抗氢钢的空冷器经常出现的管端泄漏问题，总结了缺陷产生的原因，并提出解决方案。
1、加氢装置空冷器的基本情况
案例中加氢装置空冷器为鼓风式水平管束，具体参数如下：
1.1 空冷器的型号为GP10.5×3-6-226-11.92S-23.4/DR-Ⅲt，鼓风式水平管束，规格为10.5*3m，6排管；翅化比为23.4；管程数Ⅲ。其中管箱材质为Q345R（R-HIC）；换热基管材质为10#；进出口整体法兰材质为16Mn（HIC）Ⅲ；丝堵材质为35 #。分为固定端和浮动端。
1.2 空冷器技术参数：设计压力11.92Mpa，设计温度280℃，试验压力18.6Mpa，工作介质热高分气H2S（2.1v%）、NH3（0.2v%）、H2（82.7v%）。
2、管端焊道解剖后缺陷分析
空冷器在系统运行后出现了管端泄露的事故，导致停产检修；从解剖后的焊道中可以看到，存在裂纹和未融合、气孔等缺陷；见图片：
3、加氢装置空冷器管端焊接工艺过程
3.1 焊前应清理坡口及坡口两侧25mm周围油、水、锈、氧化物等污物，露出金属光泽，翅片管与管板组装前应对管孔和翅片管管端进行清理包括管孔内及翅片管内、外表面，保证焊接接头周围20mm范围内洁净。焊丝表面不得有油、锈等污物。管端焊缝焊前需预热，预热温度≥80℃，焊接层间温度不得低于预热温度。
评定试板焊后RT探伤无缺陷
3.2 翅片管与管板装配后，用治病氩弧焊强进行植绒典故，每个管孔必须按时钟九点钟位置点固一点，点固焊缝长度4～5mm，点固焊接电流130～140A，电弧电压12～14V，保护气体纯氩Ar，气体流量8～10L/min，亭湖后焊枪应保持不动停留3～5秒，以便滞后气体保护熔池不被氧化。（管端伸出管板长度1～1.5mm）
3.3 翅片管与管板焊接时，在未点固侧管箱长度方向均匀对称焊接，防止管箱焊后变形，焊管时由中间向两侧分段跳跃焊。采用深孔焊机填丝焊接，焊丝牌号HS09MnSHG-3，Φ0.8，，峰值电流200～220A，基值电流80～85A，电压11～12V，保护气体纯氩Ar，气体流量8～10L/min。
4、管端焊道泄露的原因分析
4.1管头焊道的应力腐蚀：管子与管板焊接后存在焊接应力，管头胀接后同样存在局部应力残留；在通入高温高压介质后，气流冲击系统产生工作振动，容易导致应力集中局部焊道开裂。
4.2流经设备内部介质的化学腐蚀：介质中存在具有强腐蚀能力的介质，也会造成泄漏。但是，该组设备刚刚运行，有足够的腐蚀余量，所以化学腐蚀可以排除。
4.3焊道中存在缺陷：在通入的介质中有效分子气体如氢气，渗透力较强，如果在管头焊道中存在细微缺陷，如气孔、夹杂等，这类缺陷不明显并且不超出标准评定范围。由于设备的结构限制，无法完全用表面探伤检测出来。氢气在较高压力作用下，也容易从这些缺陷位置泄漏。这种情况泄漏量较少，可以根据现场流出物的形态进行判断。
4.4外力的影响：在设备运行初期，瞬间通入的气流压力过大、温度升高过快，会导致固定管箱与浮动管箱之间位移拉大过快，出现纵向和横向大幅波动，导致焊道开裂。这种情况是由于多次通入高压介质，没有采取缓慢升压的方式操作，由于设备长时间放置出现大量锈蚀，本身的自我调节能力下降而出现的。通常焊道有明显裂纹，泄漏的介质量会较大。
结合管端焊道中裂纹和未熔合缺陷分析，焊接工艺评定结果可以证明该焊接方法可以满足技术要求，具备可操作性；但是，在实际操作中会出现偏差而影响焊接质量。局部未熔合、气孔等缺陷无法完全通过无损检测的方法和压力试验（包括水压试验、气密试验和氦检漏试验等）发现。在生产操作中如果瞬间系统内压力过大，极易引起这些不超标缺陷的扩大，成为薄弱环节而导致裂纹，从而造成介质泄漏。
5、加氢装置空冷器管端焊接的注意事项
在生产当中不规范操作引起的泄漏事故这里不做过多赘述，本文仅从空冷器生产制造企业角度总结以下几点意见，供参考：
5.1 在翅片管与管箱组装前，除了对管端的油污、锈蚀等清理之后，也要注意组装过程中保证不出现管端的二次污染，避免操作者再次带入油污等影响焊接质量的因素。
5.2 在翅片管定位后，调整管子伸出长度时多采用机械加工的方法消除多余的部分；在这期间会有少量铁屑夹在管子与管板焊缝中，必须认真清理干净才能施焊，避免出现夹杂缺陷。
5.3 管子与管板焊接前预热一定要使整个工作面温度均匀。由于空冷器的结构特点，对焊道预热不易操作，并且极易因为局部温度不够或预热时间不足，在前序带来的水、油污等残留在焊缝中，造成气孔、未熔合缺陷。
5.4 焊后热处理是消除焊接残余应力的必要手段。焊接后造成的应力和后序胀管产生的应力都会影响焊缝质量，尽量增加热处理工序从而消除隐患。
6、结束语
加氢装置空冷器生产制造企业有责任为用户提供合格的产品，虽然在多年的设备制造过程中总结出了一套完整、可行的工艺流程，但在实施中不注重细节，管理不到位就会埋下事故隐患，给用户造成损失。为了保证承压设备的安全性，必须从源头抓起，严格落实质量管理措施，从设备的制造工艺、材料、焊接、热处理和无损检测等主要方面认真落实，注重细节管理，从而提高企业产品的市场竞争力。
参考文献
[1]NB/T47007-2010《空冷式热交换器》
（作者单位：南京三方化工设备监理有限公司）