浅谈钛材复合板换热器封头密封面泄漏与维修分析

  浅谈钛材复合板换热器封头密封面泄漏与维修分析

仇瑞乐,胡木根,魏大彬

浙江镇田机械有限公司    浙江省温州市   325000

摘要：由于钛屈服强度高，在同体积条件下钛的重量远低于钢铁，世界各国都期望能将钛用于重要设备设施制造上来，但在很长一段时间内钛的产量都很难满足重要设备设施生产的需求，绝大多数的钛都需要用到国家重要设备设施生产上，很难将其应用到化工备制造上。近年来我国科技水平和冶炼技术得到有效提升，钛的产量再次得到提升，钛已经在化工备制造上得到广泛应用，考虑到化工备制造的成本问题，通常采用与碳钢复合的形式来进行化工备及原件制造，但在实际使用过程中发现，以这种复合材料制造的压力容器或压力容器原件容易出现泄露问题。本文对钛材复合板换热器封头密封面泄漏与维修进行分析，以期推进我国化工备制造技术的进一步发展，保证钛材复合板换热器在使用过程中的安全性。

关键词：钛材复合板；换热器；维修

20世纪40年代人们才正式开始进行钛的冶炼，在该阶段的产量非常少仅有2吨，在20世纪70年代钛的产量达到20万吨，但由于世界各国对钛都有着极大的需求，钛的产量仍无法完全满足世界各国设备制造的现实需求。当前钛的产量已经能基本满足国家设备制造和其他化工备制造的需求，但由于钛在化工备制造上的应用时间较短，使用钛复合材料制造的设备在实际使用过程中还存在部分细节问题还需要解决[1]。

1.钛材复合板主要材料线胀系数比较

由于钛材的价格昂贵，在化工备制造过程要满足压力容器或压力容器原件需要，所消耗成本过高，通常情况下将钛材与碳钢制作为复合材料用于压力容器或压力容器原件制造。根据GB150标准，常温时碳素钢线胀系数约为11×10-6/℃。根据JB/T4745标准，常温时钛线胀系数为8.5×10-6/℃[2]。两者线胀系数存在差异，这就导致了相关设备衬钛层固定不当，泄露问题出现的概率大幅增长。

2.泄漏检修过程及原因分析

维修人员在检查过程中明确泄露问题的具体表现为封头与管板法兰密封面泄露。维修人员在了解到出现问题大致所在位置后，准备好维修所需工装前往现场进行维修，利用拉伸器进行紧固，但并未取得明显效果，泄露问题依旧存在。在明确泄露问题无法通过普通维修方式进行有效处理后，维修人员将设备现场拆除，检查设备内部原件以及整体结构是否出现问题。经检查发现,对管箱密封面轻轻敲击时存在明显的空洞音，尤其是在出现泄露问题的位置，空洞音愈加明显。在PT无损检测后，未发现明显缺陷，最终明确钛材与基材之间存在问题。

根据维修人员对设备的针对性检查发现，管箱法兰密封面与基材密封面无法完全贴合，在按力矩紧固螺栓后，密封面接触位置存在虚点，进而造成了泄露问题[3]。

3.泄露问题维修处理办法

钛材复合板换热器这一类型的设备在使用过程中出现泄露问题的频率较高，维修人员在处理该部分问题的过程中需要在发现泄露问题的第一时间进行具体原因明确，在原因明确后再来开展维修工作，尽可能的提升维修效率，避免在维修过程中消耗大量的时间导致泄露问题所造成的影响进一步扩大。当前处理泄露问题时，发现使用拉伸器无法紧固一般会选择直接更换钛环密封面来进行处理，这种方式所需要消耗的时间和材料成本较低，在实际使用过程中受到维修人员的广泛认可，以下是具体的操作步骤。

（1）钛环密封面的更换过程中需要使用车床才能完成，维修人员在开展维修工作前应当提前向上级领导部门报备，并前往仓库领取符合相关标准要求的材料，在材料领取时需要负责人签字，严格按照规范流程进行设备维修工作。上级领导部门安排专人进行监督，维修人员在工作过程中监督人员需要密切关注维修人员的操作，确保维修人员操作符合规范标准要求，避免引发重大安全事故，在所有准备工作完成后方可开始进行维修。维修人员严格按照车床使用规范要求来进行操作，借助车床将钛环密封面从设备上去除。

（2）经维修人员检查发现，钛材与基材之间存在问题，要将管箱重新恢复到正常状态就需要将管箱的碳钢基材进行修复，碳钢基材出现问题主要是受到了腐蚀，因此维修人员需要做好对腐蚀碳钢基材的污染物的处理。在完成碳钢基材污染物处理后，再来对碳钢基材进行补焊，在补焊过程中需要考虑到，设备对碳钢基材的要求极高，仅依靠补焊操作修复的碳钢基材并不能完全符合设备的实际要求。因此维修人员在补焊过程中所完成的补焊必须要高出碳钢基材的表面，待到补焊固定后，维修人员使用机床来对碳钢基材进行修正，保证碳钢基材的平整，保证碳钢基材的粗糙度达到3.2以上[4]。

（3）重新进行钛环制作，严格按照设备的实际需求也就是原有钛环规格进行制作，保证制作完成的钛环完全符合设备的实际需求。通常情况下钛材复合板换热器所需要的钛环尺寸偏大，如果直接使用钛钢复合板制作钛环需要消耗过多的材料，并且钛环制作完成后部分废弃材料无法重新进行利用，导致在维修过程中所消耗的材料成本增加。考虑到这部分成本问题，维修人员在使用材料进行钛环制作的过程中通常选择在材料中截取三个圆弧来组成钛环，通过这种方式来充分利用材料，减少在钛环制作过程中对材料的实际消耗

[5]。

（4）钛环制作完成后需要再次与碳钢基材进行贴合，在贴合过程中需求使用到螺钉，维修人员按照原有钛环中的螺钉孔数量进行钻孔。考虑到之前钛材与基材之间存在的问题，二者之间本身便存在贴合度不足发生泄露问题的情况，M8螺钉已经无法实现钛材与基材之间的紧密贴合，使用沉头直径更大，沉头深度更深的M12螺钉来进行固定，以这种方式来保证钛材与基材之间的紧密贴合。

（5）维修人员在实施维修工作前需要做好对工装的检查，依据自身维修经验全面考虑在维修过程中可能所需要使用的工装，避免在维修过程中出现需要反复取工装影响维修效率的情况。维修人员利用工装来对钛环密封面进行处理，将钛环密封面整周压紧固定后将螺钉拧紧。为保证最终的维修效果，维修人员应重点检查螺钉是否做好对钛环密封面的固定，在明确固定效果后再来对二者进行焊接，焊接完成后根据颜色来判断焊接操作是否合格。

（6）待到焊接位置的温度回复到正常状态，并且确保钛螺钉与钛环之间的焊接稳定后再将固定用工装取下，维修人员重点检查钛材复合板的回弹率，必须保证回弹率完全符合设备对钛材复合板的要求。维修人员再次对钛环密封面进行加工，严格按照标准尺寸来进行调整，尽可能保证在维修完成后钛材复合板换热器能重新恢复到正常状态。最后对所有焊缝进行PT检测，再次检查设备原件维修效果。

结语

综上所述，由于钛材复合板本身所存在的不足，制造完成的压力容器及原件出现问题的概率较大，制造厂家在进行钛材复合板加工的过程中必须加强对制造缺陷的检测，确保钛材复合板的贴合度符合换热器的标准要求，避免出现钛材复合板贴合后呈现出明显的不均匀性，在实际使用过程中重视对设备的日常维护，向维修人员强调在设备维修过程中必须在保证安全的前提下开展工作，尽量保证维修效率。

参考文献

[1]刘宜鑫.全焊接板式换热器泄漏原因及管控措施[J].石油和化工设备,2021,24(09):106-110.

[2]赵鲁宁.法兰“零泄漏”技术在换热器检修中的应用[J].现代盐化工,2021,48(04):98-99.DOI:10.19465/j.cnki.2095-9710.2021.04.043.

[3]申志清,姜成利,王飞.板式换热器泄漏原因[J].理化检验(物理分册),2021,57(06):75-77+81.

[4]王振军.钛材复合板泄漏分析及对策[J].中国资源综合利用,2020,38(03):71-74.

[5]马文礼,刘俊生,王吉民,肖湘磊,樊安宁.高压换热器密封环泄漏分析及改造措施[J].炼油与化工,2020,31(01):42-44.DOI:10.16049/j.cnki.lyyhg.2020.01.014.