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)部門應用zui廣泛的設備之一,該設備以它占用空間小的*優(yōu)勢被廣泛應用于海上采油平臺。埕島油田中心二號平臺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)星井組平臺傳送來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行熱量交換后,以比較適合的溫度流入三相分離器進行油、氣、水的分離,分離后的原油經(jīng)過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雜的工況中,經(jīng)常引發(fā)換熱器的失效而使設備發(fā)生故障。
二、縱向翅片管式換熱器的構造及工作原理
埕島油田中心二號平臺上使用的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型管式結構,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,具有堅固緊湊、體積小、效率高、安全可靠、適應性強等優(yōu)
點，其工作原理為熱媒油走管程，原油走殼程，即高溫熱媒油從入口法蘭進入該換熱器后，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構的缺陷和海上平臺使用工況的特殊性,造成了換熱管與管板焊縫多次開裂,導致熱媒油滲漏并流入原油中引發(fā)設備局部失效及整體故障。為此,現(xiàn)著重對縱向翅片管式換熱器的三種失效形式進行如下分析。
1、　管束振動的失效分析
     管束振動失效是導致熱媒換熱器發(fā)生事故的主要原因。埕島油田中心二號平臺上的熱媒脫水縱向翅片管式換熱器的結構是針對加熱井組來油穩(wěn)定介質(zhì)設計的,除管板焊接處外,內(nèi)部換熱管均處在無支撐的自然狀態(tài)下,其抗沖擊的能力很差。由于平臺現(xiàn)場進站原油中含有較多的油井伴生氣,同時換熱器內(nèi)部沒有設置抗沖擊的減速裝置,因此當原油進入換熱器時,伴生氣體（ＣＨ4等）突然發(fā)生體積的變化而改變流速,在進入縱向翅片管式換熱器后會產(chǎn)生較大的沖擊力并直接作用于管束上,管束再將振動波傳到管束與管板的焊縫上,這樣長期頻繁的沖擊就造成了焊縫因疲勞等原因而產(chǎn)生裂紋,在振動引起的交變應力作用下,位于主應力方向上的裂紋迅速擴展,從而zui終導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
     埕島油田中心二號平臺上的縱向翅片管式換熱器是通過熱媒油加熱原油的,其換熱介質(zhì)（原油）中含有ＳＯ2、Ｈ2Ｓ等成分,具有相當?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度。
3、管道與管板連接的失效分析
    埕島油田中心二號平臺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)生的熱應力可加速應力腐蝕速度;殼程介質(zhì)易進入管子與管板孔的間隙死角中還會引起縫隙腐蝕;
 
此外,縱向翅片管式換熱器還不同程度地受到介質(zhì)腐蝕、應力腐蝕等腐蝕失效及管束泄漏失效等形式的影響。
四、技術改造措施
1、　管束振動失效的改造
（1）改變流速減少對管束的直接沖擊
在原油入口腔體內(nèi)增加一個導流筒使縱向翅片管式換熱器內(nèi)部形成一個緩沖腔,通過縱向翅片管式換熱器筒體和緩沖導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)折流支撐板的強度　減小邊側(cè)折流支撐板與筒體的間隙,加強管束的整體剛性,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）選擇適當流速。
（4）在流體入口處設置過濾裝置等。
3、管道與管板連接失效的改造
（1）改進焊接工藝,將單面焊接改為雙面焊以加強換熱管與管板之間的焊縫強度（見圖3）。焊接時,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構為管束伸出一定長度的角型焊接結構,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,在一個檢修周期內(nèi),一臺換熱器的綜合檢修費可節(jié)省20萬元以上。同時這些改進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的原油加熱系統(tǒng)提供了可借鑒的經(jīng)驗。