【学员问题】换热器法兰密封面垫子失效原因分析？

【解答】一、前言

长输管线沿线各站使用的浮头式换热器经常发生刺漏，马5中转站安装投运的两台BES700型浮头式换热器投运不到8个月，浮头法兰、管箱法兰垫失效刺漏达4次之多，其中最严重的一次，泄漏的原油从蒸汽管路进进锅炉锅筒中，直接影响了长输管线的正常运行。更换垫子时发现：①拆卸1#换热器浮头盖法兰密封面上有一处撞击形成的凹坑，凹坑周边约有1/2突出。2#换热器浮头盖法兰密封面上有五处撞击形成的凹坑，多数凹坑周边约有1/2以上突出；②目测浮头管板密封面在管束处高，周边低；③按图纸要求，换热器垫片使用的是JB/T4720—92橡胶石棉垫，符合图纸要求；④浮头管板边沿管束焊缝离密封面间隔6～8mm.

二、换热器法兰密封面垫子失效刺漏的原因分析

2.1温度的影响

马5中转站担负着逐日1200m3原油液量的外输任务，为顺利地把原油输送到距其8 2km的黄珏联合站，要求出换热器原油的温度为60～70℃。

（1）温度对材质性能的影响。马5中转站换热器浮头盖与浮头管板的密封是两块钩圈钩卡在管板背面，形成卡钩法兰，用螺栓连接，卡钩法兰是整体加工后切成两瓣。钩圈、螺栓等材料在使用过程中，因长期处在100～120℃的高温的环境下，其机械性能降低，还会发生蠕变和应力松弛现象（同质的钩卡不同的部位其热胀量也不同），使螺栓的拉紧力减小。导致法兰对垫子的压紧量减小而刺漏。

（2）温度对垫片的影响。马5中转站换热器法兰使用的是耐油石棉橡胶板做的垫子，垫片长期在55～120℃的高温作用下会使其老化而失往弹性造成垫子漏失。

（3）温度差的影响。换热器法兰、筒体、螺栓、管箱、垫片之间存在温度差，使各部分热胀冷缩不均，导致马5中转站换热器法兰垫子泄漏。

（4）热疲惫的影响。换热器在工作过程中，受反复加热和冷却，使之产生较大的热应力，特别是螺栓反复受此力作用，结构遭到破坏，螺母松动拧紧力减小，致换热器法兰垫子泄漏。

2.2压力波动的影响

（1）马5中转站定期用1000m3事故罐底水，大排量对8 2km的长输管线进行清蜡，或上游来水量增加，因此当管线内输大量水时，其粘滞阻力减小，外输干压减小，此时产生压力波动，压力波动量约为0 15～0 25MPa.

（2）加大外输排量时干压升高，产生的压力波动量约为0 15～0 25MPa

（3）因各种故障需频繁停、启时，产生的压力波动量在0～2 5MPa之间。换热器法兰、螺栓、垫子在上述交变的压力作用下轻易产生变形，造成垫子失效。

2.3设计方面的原因

（1）马5中转站换热器浮动管板的边部换热管距密封面间隔小。在更换垫子时，目测浮头管板边沿管束焊缝离密封面间隔只有6～8mm，这样在焊接换热管过程中轻易使换热器浮动管板产生变形变化，影响了原加工尺寸的稳定性，从而使法兰密封面发生变化，影响了浮头法兰密封程度，导致泄漏。（2）马5中转站换热器选用耐油石棉橡胶板做换热器法兰垫子，由于石棉橡胶垫性质比较软，在制造、焊接、组装施工过程轻易变形破损，从而导致法兰垫片失效剌漏。

2.4加工精度的影响

换热器固定管板法兰密封面的管板与管束不垂直，使两法兰对口平行度有偏差。密封面之间若发生0 15mm的偏差（见图1），上法兰螺栓时很难将垫片压紧，导致该点优先泄漏。

2.5人为方面的原因

法兰密封面上的凹坑、突有缺陷，影响法兰的密封程度。马5换热器在11月上旬更换垫子时发现1#、2#换热器浮头盖法兰密封面上的凹坑深度多数小于1mm，1#换热器浮头盖法兰密封面内圈边上约有3mm长，深度大于1mm的径向刮伤凹坑，边上1/2突出。根据现场施工情况分析，这些凹坑、突有缺陷的产生，可能都是在拆卸、组装时损伤。拆下浮头盖后其下部的钩圈在往里碰撞后脱落，砸到浮头盖法兰密封面而损坏法兰密封面。

2.6腐蚀的影响

螺栓的丝扣腐蚀影响螺栓的拧紧力致换热器法兰垫子泄漏，或密封面腐蚀致换热器法兰垫子泄漏。

三、解决方法

换热器是大型焊接的压力容器设备，长期经受高温、高压的工作环境，其设计、制造、维修都需严格遵守各种规程，针对目前换热器法兰经常刺漏现象，本文提出以下几点解决方法。

（1）现场发生换热器换热管漏失时，因换热器壳程内结垢、锈蚀难以将损坏的换热管抽出更新热管。建议将固定管板与换热器筒体法兰焊为一体，即在筒体上焊上盲法兰，盲法兰上开孔眼穿换热管，这样可以减少设计上造成的漏点数目。用此方法，在发生多根换热管泄漏，影响过流面积和换热面积时，割开法兰更换全部的管程。

（2）由于耐油石棉橡胶板垫子存在诸多不利因素，建议使用金属垫片作为法兰密封垫。由于金属垫片的密压比为110MPa，比3mm厚的橡胶石棉板垫片整整大10倍（现已经采用金属垫片，使用效果很好）。法兰垫片不应有疙瘩、裂缝、凸坑、皱纹、毛刺等缺陷，特别不能有径向刻痕，不答应使用斜垫片和双垫片，安装垫片时，必须处理法兰密封面上一切影响密封的缺陷。

（3）马5中转站换热器浮动管板的边部换热管距密封面间隔小，受焊接热影响作用大，在焊接换热管过程中轻易使换热器浮动管板产生焊接变形变化，影响密封面的密封程度。在浮头管板上焊接换热管时，为了减少焊接时引起法兰密封面变形，可将浮头盖法兰（不焊封头）及钩圈用螺栓上紧，法兰面与管板对记号。若在此基础上增加其他钢性固定，减少焊接时热影响区内的焊接变形。

（4）上、下两块钩圈在设计上采用螺栓固定，以防人为脱落，砸伤人及法兰密封面。

（5）法兰连接的留意事项。

法兰连接时应留意：①法兰与筒体组装前，要用角尺对筒体端面进行检查，端面倾斜尺寸不能大于1 5mm；②法兰与筒体组装时，要用法兰弯尺检查法兰的垂直度；③固定管板与换热管组装时，同样也要用法兰弯尺检查固定管板与换热管及折流板的垂直度；④法兰与法兰连接时密封面应保持平行。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。