文档介绍：现代制造技术与装备第期总第期
丙烯腈装置换热器的故障分析与设计改进
马晓云田洪成
齐鲁石油化工公司腈纶厂淄博山东省安泰化工压力容器检验中心济南
摘要本文通过对丙烯腈装置反应气体冷却器当中Ω膨胀节的使用和国产化过程设计的分析说
明了Ω节膨胀是一种补偿量大、强度好能够满足大补偿量和压力较高的换热设备需要的膨胀节。
关键词换热设备Ω膨胀节强度补偿
前言的进口设备所使用的补偿器是目前最先进的Ω膨胀
齐鲁石化万吨年丙烯腈装置是于年引进节。自年装置投产后至年使用情况尚可以后
的美国公司成套技术于年建成年投产。上下管板的列管焊缝经常出现裂纹从而导致冷却介质
年利用先进技术对该套装置进行改造形成成套装置泄漏其中上管板尤为严重有时在这一千多根列管中竟
的国产化换热器在这次改造中是最重要的国产化有二百多根出现泄漏。年前断断续续出现了膨胀节
改造设备之一。与壳程的焊缝泄漏开始几次用砸铅堵漏的方法还能维
在丙烯腈装置中是丙烯腈生产过程中最重要的持运行到年月Ω膨胀节焊缝泄漏越来越严重
换热器是将反应器反应生产出来后的反应气体进厂里被迫多次临时停车的维修处理维持运行。年
行冷却的关键设备其结构形式见图。其管程进口气体月对进行了国产化更新改造。
温度为℃出口温度为℃上下管板的温差达到故障原因分析
℃壳程的冷却介质的进口温度为℃出口温度膨胀节的膨胀量选用不够合理。此长度设备的膨
℃管壳程的最大温差高达℃导致管壳程的热膨胀补偿量为由后面的计算可以看出而当时所
胀量相差较大又由于设备的操作压力高因此换热器膨选用的膨胀节的最大补偿量只有因此不能够满足
胀节的选型、设计、制造和安装是本设备设计的技术难点。补偿要求这是造成列管受压的一个主要原因。
由于在设备进口运输过程中随设备的单波Ω膨
胀节受到损坏在验收时发现后又从国外生产厂家索赔
了一个新的单波Ω膨胀节而当时国内对此研究极少
安装人员对Ω膨胀节的性能和安装要求更是不甚了解。
而由于其补偿量不能满足要求在安装时也没有考虑对
Ω膨胀节进行预压安装处理如果进行的预压
缩可能会弥补其设计的不足。因此在设备运行的过程
当中管程与壳程的膨胀量得不到完全补偿使列管受
压而这种变形引起的应力是非常大的。在管子受压的过
该换热器的工艺技术参数见表。程当中列管与管板的焊缝也受到了这种额外的压力加
表上焊缝补位的应力集中并且焊缝上的应力还随着温度

壳程管程的变化而变化在这种过应力的长时间作用下焊缝会出
工作压力工作压力现应力疲劳裂纹。对Ω膨胀节来讲在管程受压同时膨
设计压力设计压力胀节与壳程的焊缝则受拉其焊缝受到的拉应力也是非
工作温度℃℃工作温度℃℃常大的与上述相同在这种过拉应力的长时间作用下
设计温度℃设计温度℃引起了膨胀节与壳程的焊缝的应力疲劳裂纹从而引起
介质锅炉水介质丙烯腈反应气介质泄漏。由此可以得出Ω膨胀节使用时其性能的好
圆筒外径管子外径φ坏与设计的合理性和安装的规范性是密切相关的。
材料名称正火材料名称热扎上管板是反应气的进口其温度高达℃我们
换热面积知道金属材料随着温度的升高其强度不断下降因此焊
改造前使用情况及故障原因分析缝在℃高温的长时间作用下降低了机械强度在应力