Ремонт трубчатых теплообменников himagregat info

Ремонт трубчатых теплообменников himagregat info

Седельников А.В.,
АО «НОРДВЕГ», Санкт-Петербург
CTI INDUSTRIES, INC

Введение

Обычно большинство сбоев и повреждений в трубах теплообменников, используемых на промышленных предприятиях, происходит на первом 150 мм участке трубного пучка. Разрушение проявляется как утончение трубы, образование канавок, точечная коррозия и образование трещин, что, в конечном итоге, может привести к утечке и сбою в работе трубного пучка.

В прошлом эту весьма локализованную проблему было принято решать путем полной замены труб, даже несмотря на то, что более 95% длины трубного пучка оставалось неповрежденными. В некоторых случаях пучок могли спасти, укоротив теплообменник, при условии сокращения теплопередающей поверхности. Однако любое из этих радикальных решений является дорогостоящим и требующим слишком много времени.

Чтобы справиться с этими недостатками в середине 1970-х годов была разработана новая восстановительная технология. В ней используются развальцованные металлические дублеры трубок, также называемые Щитами. Этот универсальный способ восстановления «по месту» (in-situ) был успешно расширен до установки вставок (дублеров) на всю длину поврежденных труб для случаев, когда разрушение труб происходит по всей их длине.

Характеристики и возможности трубных вставок описаны ниже.

Обычные механизмы разрушения труб теплообменников

1. Эрозия конца впускной трубы распространена в охладителях из сплавов углеродистой стали и меди, в технологических теплообменниках и трубках конденсаторов, и вызвана кинетической силой жидкости (или газа), особенно если она содержит механические абразивные примеси.

На входах в теплообменные трубы изменения направления потока среды и образующиеся пузырьки воздуха создают сильную турбулентность, приводя к повреждению защитных пассивных пленок на внутренних диаметрах трубок. После 150 мм глубины трубок турбулентный поток меняется на ламинарный, и агрессивное воздействие среды резко уменьшается. Другие факторы, способствующие сильной турбулентности, – неправильная форма распределительной камеры (канала) и подающей трубы.

Если в среде содержатся коррозионные составляющие, негативных последствий для теплообменных трубок может быть значительно больше. Это так называемое явление эрозия-коррозия, представляющее собой синергическое явление, где совместный эффект от эрозии и химического воздействия среды значительно выше, чем их воздействие по отдельности. Причиной явления эрозии-коррозии чаще всего являются коррозионно-активные технологические жидкости, однако оно также может возникать при работе с водной средой, например, когда теплообменные трубки подвергают воздействию охлаждающей воды с примесью сульфидов и/или аммиака.

2. Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) представляет собой другой распространенный вид разрушения трубок теплообменников. Его причиной является совместное действие напряжения при растяжении и коррозии. КРН часто происходит на участке развальцовки труб непосредственно за трубной решеткой, особенно при чрезмерной развальцовке. Наиболее встречающиеся формы – это аммиачное коррозионное растрескивание сплавов на основе меди, хлоридное КРН аустенитной нержавеющей стали и щелочное КРН (щелочное растрескивание) углеродистой и легированной стали.

3. Другие виды коррозии, которые встречаются в концах трубок и соединениях труба-трубная решетка, — точечное воздействие и щелевая коррозия. Щелевая коррозия – это опасная форма глубокого локального проникновения, которая наиболее часто встречается в аустенитной (Cr-Ni) нержавеющей стали, подверженной воздействию хлоридов.

Как КРН, так и щелевая коррозия значительно усиливаются при повышении температур.

Также причиной разрушения на участках впускной трубной решетки и концов теплообменных трубок могут быть механические факторы (например, неправильное развальцовывание трубы) и плохо выполненные сварные швы между трубой и трубной решеткой.

Тонкостенные металлические вставки для ремонта концов трубок (Щиты)

Металлические тонкостенные вставки (Щиты) были впервые применены в 1976 году. При этом способе восстановления происходит защита, восстановление и герметизация поврежденных концов труб. Щиты изготовлены по специальным размерам и сохраняют пластичность, необходимую для развальцовки.

Как и в случае с установкой труб в теплообменнике, важно выбрать нужный сплав для изготовления Щитов. Материал выбрается из ряда различных сплавов в зависимости от материала трубы, функций теплообменника и механизма разрушения. Материалы для вставок варьируются от медных сплавов (Cu-Ni и латунь), обычная нержавеющая сталь (аустенитная, ферритная, мартенситная, двухфазная), сверхаустенитные нержавеющие стали (6 молибденовых сплавов) и сплавы на основе никеля (например, Сплав 400, Сплав С-276). Это дает возможность выбрать сплав для борьбы со специфическими механизмами разрушений, например, хлоридной точечной коррозией, коррозионным растрескиванием под напряжением, аммиачным образованием канавок и т.д.

Процесс установки выполняют «по месту», начиная с чистки внутреннего диаметра трубы проволочной щеткой, чтобы создать возможность для герметичного уплотнения. После продувки труб сжатым воздухом измеряют внутренний диаметр для определения требований к развальцовке. Затем щиты вставляют в каждый конец трубы. Внешний конец щита развальцовывают с ограничением крутящего момента, используя обычный инструмент для развальцовки труб, в то время как внутренний участок щита развальцовывается с использованием механического ограничителя, и, таким образом, уменьшается вероятность чрезмерного развальцовывания. Последним шагом является развальцовка конца щита таким образом, чтобы они соответствовали профилю трубной решетки.

Щиты устанавливались и в установки высокого давления (300 кгс/см.кв.), и в условиях высокой температуры (300 ˚ С). В некоторых случаях, хотя, не всегда, щиты могли соединять полностью разъединенные трубы. Восстановление труб посредством развальцованных металлических щитов представляет собой экономически целесообразный способ ремонта.

Благодаря тонкостенной конструкции и возможности гидравлического расширения щитов проходные сечения теплообменных трубок уменьшаются незначительно.

Трубные вставки (дублеры) в полную длину

Благодаря успешному применению Щитов для устранения разрушений конца трубок была разработана аналогичная технология ремонта, позволяющая восстанавливать трубы с разрушениями по всей длине. Такой ремонт предполагает установку вставки (Лайнера), равной длине всей трубы, и ее последующее гидравлическое расширение для обеспечения контакта «метал-метал».

Вследствие точечной коррозии внутреннего диаметра, образования канавок на внешнем диаметре, утонения толщины стенки по всей длине теплообменных трубок и повреждениям в результате ударной коррозии в трубном пучке появляются утечки. Как правило, на поврежденные трубы устанавливаются заглушки, тем самым устраняются утечки. При этом теплообменные трубки выводятся из эксплуатации.

По мере износа теплообменника с течением времени и увеличением количества труб с установленными заглушками начинает снижаться эффективность установки и увеличивается расход жидкости в оставшихся трубах. Если заглушено более 10% труб, теплообменный аппарат автоматически претендует на полную замену трубного пучка.

В подобных случаях привлекательной альтернативой становится установка вставок на всю длину трубок. Благодаря регулярному восстановлению заглушенных труб можно обеспечить дополнительный срок эксплуатации в течение многих лет.

Процесс установки трубных вставок (Лайнеров) начинается с удаления заглушек и подготовки трубок путем тщательной очистки. Методы очистки предполагают использование гидравлической и гидромеханической очисток, различных щеток и скребков из металла и нейлона. Далее в штатные теплообменные трубки устанавливают Лайнеры (тонкостенные трубные вставки) с некоторым припуском по длине, позволяющим использовать специальные насадки для подачи воды и стравливания воздуха. Следующий этап – гидравлическое расширение Лайнеров. За счет подачи внутрь Лайнеров воды под высоким давлением (150 -750 кгс/см.кв.) происходит увеличение их размеров (по диаметру на всей длине) до соприкосновения со штатными трубками. Гидравлическое расширение прекращается только после полного соприкосновения стенок Лайнеров со стенками штатных трубок с необходимым натягом. Несмотря на высокое давление, создаваемое внутри Лайнеров, технология гидравлического расширения практически исключает риск повреждения штатных трубок. Далее расширенные Лайнеры подрезают и фрезеруют в трубную решетку. Затем происходит развальцовка Лайнеров в трубные решетки в соответствии с ТУ.

Предварительно заглушенные трубы, признанные непригодными, теперь восстановлены и возвращены в эксплуатацию.

Источник

Наша публикация в журнале»Химагрегаты»: «Современные технологии и оборудование при производстве и ремонте теплообменной аппаратуры. Нормативно–технические документы, аттестация»

Сентябрь 2017 г.

29 сентября 2017

«Современные технологии и оборудование при производстве и ремонте теплообменной аппаратуры. Нормативно–технические документы, аттестация».

Доклад зав. НИО 21 (развальцовки труб и затяжки резьбовых соединений) ОАО «ВНИИПТХимнефтеаппаратуры» Л.С. Щелкунова и ведущего инженера П.В. Ширяева 06.12.2016 г.

1. Деятельность НИО 21 ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры».

ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры», как головная организация по технологии крепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов и затяжке резьбовых соединений в отраслях химического и нефтегазового машиностроения, разрабатывает и обеспечивает предприятия отрасли нормативными документами, обучает и аттестует специалистов, ответственных за развальцовку труб в трубных решетках, а также, аттестует технологию и оборудование для развальцовки. Действующие правила (ГОСТ Р 55601–2013, ГОСТ 31842–2012, ТУ 3612–023–00220302–01, ТУ–3612– 024–00220302–02, СТО 00220368– 014–2009, СТО 00220368–018–2010) требуют проведения аттестации специалистов, технологии и оборудования для развальцовки труб. ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры» оформляет:

• письма–разрешения на отступление от нормативных документов по креплению труб в трубных решетках;
• письма–рекомендации по технологии крепления труб в трубных решетках.

ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры» разрабатывает и согласовывает в соответствии с требованиями указанных выше нормативных документов:

• технологические инструкции по развальцовке труб;
• положения об инженере, ответственном за крепление труб в теплообменных аппаратах.

ООО «Компания «Уралстройкомплектация» заказывает теплообмен

ную аппаратуру для ООО «Газпром добыча Астрахань», ООО «Газпром добыча Оренбург», ООО «Газпром добыча Сургут», ООО «Газпром добыча Надым» и других предприятий у ОАО «Уралтехнострой–Туймазыхиммаш», ОАО «Борхиммаш», Бугульминский машиностроительный завод ПАО «Татнефть», ООО «Курганхиммаш», ООО «Бормаш», АО «ВЗМЭО» и многих других. ООО «Компания «Уралстройкомплектация» в обязательном порядке требует от поставщиков теплообменной аппаратуры аттестации специалистов, технологии и оборудования для развальцовки труб. Из наработанной таким образом практики, ООО «Компания «Уралстройкомплектация» уверена, что это несомненно является дополнительной гарантией качества, поставляемого данными предприятиями теплообменного оборудования.

2. Охлаждаемый инструмент для развальцовки труб.

Охлаждение вальцовок с литерой ‘А’ производится от специального блока охлаждения и смазки, входящего в состав электрических установок ТЕХРЕМЭКС для развальцовки МЭР–11М или МЭР–16М. Дозированная подача эмульсии производится автоматически, после достижения заданного крутящего момента. При работе охлаждаемыми вальцовками с литерой ‘A’ смазывание, охлаждение и выдувание продуктов износа производится в процессе работы автоматически. Данная технология применяется в том числе на предприятиях: ООО «Птимаш», ООО

Рисунок 1. Вальцовка тип ‘АР’ — охлаждаемая удлиненная, с регулируемой глубиной развальцовки

НПП «Басэт», ООО «Газпром нефтехим Салават» и других. Опыт данных предприятий подтверждает: применение охлаждаемого инструмента ТЕХРЕМЭКС способствует стабилизации контактного давления в соединении трубы и трубной решетки, повышая качество вальцовочных соединений, а также увеличивает производительность и повышает стойкость деталей инструмента на 30%.

3. Установка для развальцовки труб серии МЭР–11М

Установка для развальцовки труб

Рисунок 2. Установка для развальцовки труб МЭР-11М

МЭР–11М ТЕХРЕМЭКС предназ- начена для развальцовки труб наружным диаметром от 16 до 63 мм. Наибольший внутренний диаметр теплообменного аппарата, развальцовываемого без перемещения установки 1900 мм. Вертикальное и горизонтальное перемещения мотор–редуктора механизированы. Оптимальный режим охлаждения реализуется блоком охлаждения и смазки и охлаждаемыми вальцовками с литерой ‘А’.

Рисунок 3. Блок управления установкой МЭР-11М

Рисунок 4. Передвижная установка для развальцовки труб МЭР-16М.

Рисунок 5. машина для развальцовки труб МЭР-16М-2

АСУТП развальцовки, реализуемая блоком управления и частотным преобразователем обеспечивает:
• высокое качество за счёт пониженной скорости при развальцовке после соприкосновения трубы с трубной решёткой,
• защиту от перевальцовки за счёт программы контроля корректности выбранного момента,
• паспортизацию и обработку данных развальцовки за счёт программы архивирования крутящих моментов. Установки МЭР–11М применяются в том числе, на предприятиях: ООО «Томскнефтехим», ООО «Газпром нефтехим Салават», ОАО «Волгограднефтемаш» (МЭР–11М эксплуатируются зачастую в 3–х сменном режиме) и многих других. Предприятия отмечают высокое качество, надежность, безотказность, качество производимых работ, долговечность установок МР–11М, а также их отличие в значительном удобстве работы с теплообменными аппаратами диаметром более 1000 мм, за счет особой конструкции стойки и механизированного перемещения по ней мотор–редуктора.

4. Передвижная установка для развальцовки труб серии МЭР– 16М

Установка предназначена для развальцовки труб диаметром от 16 до 38 мм. Наибольший внутренний диаметр
теплообменного аппарата, развальцовываемого без перемещения установки 1500 мм. Блок управления, мотор–редуктор, телескопический вал*, блок охлаждения и смазки идентичны установке МЭР–11М. *Телескопический вал с одним шарниром. Установки МЭР–16М применяются в том числе, на предприятиях: ПАО «Саратовский НПЗ», ООО «Эмпикс», АО «Куйбышевский НПЗ» (установка МЭР–16) и многих других. Практика применения показала высокую надежность, точность и повторяемость отработки крутящего момента, долговечность установок МР–16М. Предприятия–эксплуатанты также ценят отличительную конструкцию стойки установки МЭР–16М, которая разгружает от дополнительной нагрузки соединение мотор-редуктора и телескопического вала, значительно повышая ресурс телескопического вала, а также повышают мобильность и удобство в применении установки МЭР–16М.

5. Машина электрическая развальцовочная МЭР–16М–2

Предназначена для развальцовки труб диаметром от 8х1 до 25х3 мм в трубных решетках теплообменных аппаратов и АВО. Центр масс привода расположен на оси подвеса. Машина удобна в работе благодаря дополнительной рукоятке с обрези
ненной ручкой, компенсирующей реактивный крутящий момент. Электронная система управления развальцовкой организует цикл развальцовки: пуск двигателя, отработка до заданного крутящего момента, остановка, реверсивное включение. В автоматическом режиме циклы повторяются. Продолжительность паузы между циклами может регулироваться.
• Программируемый логический контроллер Segnetics
• 4–х строчный цифровой дисплей для отображения режимов и параметров процесса развальцовки, чтения архива данных по развальцовке каждого соединения
• Установка заданного крутящего момента в Н•м
• Установка времени реверса от 1 до 50 секунд
• Установка времени задержки от 1 до 50 секунд
• Архив данных с выводом на дисплей по развальцовке каждого соединения (до 1000 соединений). Успешный опыт эксплуатации машин МЭР–16М–2 имеют, в том числе, ПАО «Саратовский НПЗ», ООО УСК «Нексан» и другие. Также, предприятия выделяют машину МЭР– 16М–2 за отличие в удобстве работы благодаря конструкции привода, обеспечивающего удобную компенсацию реактивного крутящего момента, а также возможность работы в автоматическом режиме.

Рисунок 6. Установка для торцевания и высверливания труб МЭТ-2 в работе

6. Установка для торцевания и высверливания труб МЭТ–2

Установка для торцевания и высверливания труб МЭТ–2 ТЕХРЕМЭКС предназначена для торцевания и высверливания труб диаметром 16–38 мм, толщиной стенки 1–3,5 мм и удаления сварных швов в комбинированных (сварка с развальцовкой) соединениях. Наибольший внутренний диаметр теплообменного аппарата, обрабатываемого без перемещения установки 1400 мм. Вертикальное перемещение мотор-редуктора механизировано. Оптимальный режим охлаждения инструмента обеспечивает его многократную экономию. Установки МЭТ–2 применяются в том числе, на предприятиях: ООО «Томскнефтехим», ООО «Газпром нефтехим Салават», ОАО «Волгограднефтемаш» (МЭР–11М эксплуатируются зачастую в 3–х сменном режиме) и многих других. На предприятиях, эксплуатирующих установку дорожат высоким качеством ее исполнения, надежностью, качеством обработки, выполняемой установкой, долговечностью установок МЭТ–2, кратно отличающейся производительностью, а также кардинальную экономией инструмента, благодаря непрерывной автоматической подаче воздушно–эмульсионной смеси в зону резания.

7. Гидравлическая система Simultorc для симметричной тарированной затяжки резьбовых соединений фланцев

Стандартно система Simultorc позволяет одновременно затягивать 4 болта, симметрично расположенных по периметру фланцевого соединения. Для этого болтинг–машины оснащены антиторсионным механизмом с крупнозубчатым храповиком и блокиратором обратного хода храповика. Система обеспечивает высокую степень равномерности сжатия разъемного соединения, что гарантирует высокую надежность и герметичность разъема при эксплуатации, а также повышение безопасности работ для персонала. С помощью программы расчета крутящего момента для фланца определяем необходимый крутящий момент для данного фланцевого соединения. Так как все болтинг–машины соединены с одним гидравлическим источником, то первым начнёт вращаться болтинг–машина на самой слабой гайке. Системы Simultorc применяются в том числе, на предприятиях: Астраханский филиал «ДОАО Центрэнергогаз ОАО Газпром», ПАО «Саратовский НПЗ», ООО «ПО Киришинефтеоргсинтез» и многих других. Предприятия отмечают высокое качество, надежность, безотказность, качество производимых работ, долговечность оборудования, существенную экономию временных и человеческих ресурсов. Кроме того, предприятия особо ценят данные системы за возможность герметичной затяжки фланцев с первого раза, в том числе с поведенными в следствие длительной эксплуатации, прилегающими поверхностями, а также отработки фланцевых разъемов, затянутых системой до планового вскрытия.

Рисунок 7. УПневматическая болтингмашина JGUN

8. Пневматическая болтинг–машина JGUN для тарированной затяжки резьбовых соединений

Безударные пневматические болтинг–машины J–GUN HYTORC предназначены для тарированной затяжки резьбовых соединений. Безударная пневматическая болтинг–машина GJUN применяется для быстрого навинчивания, срыва и быстрого отвинчивания гаек. Пневматические болтинг–машины имеют безударный непрерывный (не циклический) принцип работы за счет редуктора. Необходимый крутящий момент для данного крепежа определяется с помощью программы расчета крутящего момента. Пневматические болтинг-машины JGUN применяют ПАО «Саратовский НПЗ», ООО «ЕвроХим–ВолгаКалий», ОАО «Волгограднефтемаш» и многие другие. Практика применения доказала высокое качество исполнения болтинг–машин, их надежность, точность в отработке крутящего момента. Кроме того, предприятия особо ценят данные болтинг–машины за возможность разработки и заказа к ним дополнительной специальной оснастки для тяжелого для доступа крепежа, что зачастую влияет на саму возможность применения механизированного оборудования на таких применениях.

Рисунок 8. Аккумуляторная болтингмашина

9. Аккумуляторная болтинг-машина для тарированной затяжки резьбовых соединений

Аналогична пневматическим болтинг–машинам, за исключением аккумуляторной батареи, обеспечивающий привод.

Рисунок 9. Работа в системе Simultorc моментом-натяжением с помощью шайбы HYTORC и опорного стакана.

10. Шайба HYTORC

На ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» данная технология проходила эксплуатационные испытания в 2015 году. Тогда шайбами HYTORC было оснащено 2 фланца. В 2016 году шайбами HYTORC предприятие запланировало оснастить уже около 30–ти фланцевых разъемов.

Рисунок 10. Работа стандартной болтинг-машины с гайкой-натяжителем HYTORC через спецпривод

11. Гайка HYTORC — высокоточный механический натяжитель

ОАО «КуйбышевАзот» с 2010 года вместо шпильконатяжителей применяет гайки-натяжители компании
HYTORC для затяжки и ослабления верхней крышки конвектора аммиака с 32 шпильками М120х6 и круглыми гайками S=176 мм. Осевое напряжение шпилек 1182 кН. Проведенный анализ выполненных работ показал, что качество затяжки фланцевых соединений с использованием гидравлических безопорных систем затяжки HYTORC существенно выше, чем качество работ с использованием других способов и средств. При использовании других способов и средств, необходимо превысить необходимую рабочую нагруз
ку на шпильку, т.к. неизвестна величина релаксации/усадки, что приводит к повреждению прокладки и неравномерности затяжки, соответственно возникают свищи/утечки. В случае использования гаек–натяжителей HYTORC напряжение шпильки достигается плавно и равномерно до заданного уровня без пережима прокладки, обеспечивая симметричность затяжки при использовании двух и более болтинг– машин одновременно. Болтинг–машины HYTORC используются как с крепежом под шпильконатяжитель при помощи гаек– натяжителей HYTORC, так и со стандартным крепежом, используя торцевые головки. В итоге при затяжке фланцевого соединения с помощью безопорных гидравлических систем HYTORC удалось на всех трех этапах сжатия фланца достигнуть заданную величину осевой нагрузки на шпильку, контролируемый зазор в пределах допуска, установленного технологическими картами монтажа. Для мониторинга, контроля эффективности и повторяемости обслуживания фланцевых соединений применяются программы технического учета и анализа затяжки фланцев.

Источник