楊寶山 　張　偉
（勝利油田海洋石油開發(fā)公司）
一、前　言
縱向翅片管式換熱器是石油化工、能源等工業(yè)部門應(yīng)用zui廣泛的設(shè)備之一,該設(shè)備以它占用空間小的*優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于海上采油平臺(tái)。埕島油田中心二號(hào)平臺(tái)采用的就是熱媒油爐間接加熱系統(tǒng)和鋼制管殼式縱向翅片管換熱器的組合方式。從衛(wèi)星井組平臺(tái)傳送來(lái)的低溫油氣混合物在縱向翅片管式換熱器中與高熱媒油進(jìn)行熱量交換后,以比較適合的溫度流入三相分離器進(jìn)行油、氣、水的分離,分離后的原油經(jīng)過(guò)外輸換熱器的再次加熱后向外輸出。但由于油田生產(chǎn)的特殊性和油區(qū)原油含氣量大且具有腐蝕性的影響,使得管殼式換熱器處于較為復(fù)雜的工況中,經(jīng)常引發(fā)換熱器的失效而使設(shè)備發(fā)生故障。
二、縱向翅片管式換熱器的構(gòu)造及工作原理
埕島油田中心二號(hào)平臺(tái)上使用的ＣＰ-ＢＩＵ600-1.6/1.6-260-6/19-2Ⅱ原油/熱媒換熱器是縱向翅片管式換熱器,屬于管殼式換熱器的一種類型。該換熱器為Ｕ型管式結(jié)構(gòu),主要由筒體、封頭、管束、管板、折流板、接管、法蘭及膨脹節(jié)等組成,具有堅(jiān)固緊湊、體積小、效率高、安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)
點(diǎn)，其工作原理為熱媒油走管程，原油走殼程，即高溫?zé)崦接蛷娜肟诜ㄌm進(jìn)入該換熱器后，與管束和殼程中混合有油井伴生氣的低溫原油進(jìn)行熱量交換，然后從出口回歸熱媒循環(huán)系統(tǒng)（見圖1）。
 
三、縱向翅片管式換熱器的失效分析
由于縱向翅片管式換熱器自身結(jié)構(gòu)的缺陷和海上平臺(tái)使用工況的特殊性,造成了換熱管與管板焊縫多次開裂,導(dǎo)致熱媒油滲漏并流入原油中引發(fā)設(shè)備局部失效及整體故障。為此,現(xiàn)著重對(duì)縱向翅片管式換熱器的三種失效形式進(jìn)行如下分析。
1、　管束振動(dòng)的失效分析
     管束振動(dòng)失效是導(dǎo)致熱媒換熱器發(fā)生事故的主要原因。埕島油田中心二號(hào)平臺(tái)上的熱媒脫水縱向翅片管式換熱器的結(jié)構(gòu)是針對(duì)加熱井組來(lái)油穩(wěn)定介質(zhì)設(shè)計(jì)的,除管板焊接處外,內(nèi)部換熱管均處在無(wú)支撐的自然狀態(tài)下,其抗沖擊的能力很差。由于平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)站原油中含有較多的油井伴生氣,同時(shí)換熱器內(nèi)部沒有設(shè)置抗沖擊的減速裝置,因此當(dāng)原油進(jìn)入換熱器時(shí),伴生氣體（ＣＨ4等）突然發(fā)生體積的變化而改變流速,在進(jìn)入縱向翅片管式換熱器后會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力并直接作用于管束上,管束再將振動(dòng)波傳到管束與管板的焊縫上,這樣長(zhǎng)期頻繁的沖擊就造成了焊縫因疲勞等原因而產(chǎn)生裂紋,在振動(dòng)引起的交變應(yīng)力作用下,位于主應(yīng)力方向上的裂紋迅速擴(kuò)展,從而zui終導(dǎo)致管子因焊縫疲勞開裂而失效。
2、　管束腐蝕和磨蝕的失效分析
     埕島油田中心二號(hào)平臺(tái)上的縱向翅片管式換熱器是通過(guò)熱媒油加熱原油的,其換熱介質(zhì)（原油）中含有ＳＯ2、Ｈ2Ｓ等成分,具有相當(dāng)?shù)母g性,且流經(jīng)換熱器的速度較高,增加了腐蝕和磨蝕的強(qiáng)度。
3、管道與管板連接的失效分析
    埕島油田中心二號(hào)平臺(tái)上的熱媒脫水縱向翅片管式換熱器采用的是常規(guī)單面焊接（見圖2）。該方法在焊接時(shí)易產(chǎn)生焊接缺陷（如燒穿或未焊透）,焊縫接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可加速應(yīng)力腐蝕速度;殼程介質(zhì)易進(jìn)入管子與管板孔的間隙死角中還會(huì)引起縫隙腐蝕;
 
此外,縱向翅片管式換熱器還不同程度地受到介質(zhì)腐蝕、應(yīng)力腐蝕等腐蝕失效及管束泄漏失效等形式的影響。
四、技術(shù)改造措施
1、　管束振動(dòng)失效的改造
（1）改變流速減少對(duì)管束的直接沖擊
在原油入口腔體內(nèi)增加一個(gè)導(dǎo)流筒使縱向翅片管式換熱器內(nèi)部形成一個(gè)緩沖腔,通過(guò)縱向翅片管式換熱器筒體和緩沖導(dǎo)流筒吸收因流速變化引起的大部分沖擊能量。
（2）改變管束的支撐形式　除采取部分鋼質(zhì)支撐圈用于保持翅片管的相互定位外,還增加了部分具有一定硬度和柔韌性并可起到吸收振動(dòng)作用的耐熱軟塑料材質(zhì)支撐圈。
（3）增加邊側(cè)折流支撐板的強(qiáng)度　減小邊側(cè)折流支撐板與筒體的間隙,加強(qiáng)管束的整體剛性,使換熱器筒體和懸浮的管束保持相同的振幅,以避免縱向翅片管式換熱管與管板間的焊縫撕裂。
2、　管束腐蝕和磨蝕失效的改造
（1）定期清洗管束。
（2）在流體中加入緩蝕劑。
（3）選擇適當(dāng)流速。
（4）在流體入口處設(shè)置過(guò)濾裝置等。
3、管道與管板連接失效的改造
（1）改進(jìn)焊接工藝,將單面焊接改為雙面焊以加強(qiáng)換熱管與管板之間的焊縫強(qiáng)度（見圖3）。焊接時(shí),必須在打磨管道端口后,采用氬弧雙面焊方法,變管板與管束前端的平齊焊接結(jié)構(gòu)為管束伸出一定長(zhǎng)度的角型焊接結(jié)構(gòu),將管束與管板由平放位置改為立放狀態(tài),變換熱管與管板前側(cè)的垂直焊接形式為水平焊接形式,以確保達(dá)到角焊接的焊接要求。
 
五、改造效果
改造后的縱向翅片管式換熱器的使用壽命是改造前的2倍,由于壽命延長(zhǎng),在一個(gè)檢修周期內(nèi),一臺(tái)換熱器的綜合檢修費(fèi)可節(jié)省20萬(wàn)元以上。同時(shí)這些改進(jìn)措施還大大地增加了原油加熱生產(chǎn)的安全性和可靠性,并為其它類似工況下的海洋平臺(tái)的原油加熱系統(tǒng)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。