Ремонт нижней трубной доски конденсатора карбамата высокого давления поз. Е-202

Беспалов А.Д. ©

Эксперт лаборатории ОАО «НИИК»

РЕМОНТ НИЖНЕЙ ТРУБНОЙ ДОСКИ КОНДЕНСАТОРА КАРБАМАТА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПОЗ.Е-202

Аннотация

В данной статье рассмотрен процесс ремонта нижней трубной доски конденсатора карбамата высокого давления поз.Е-202.

Ключевые слова: техническое устройство, конденсатор, теплообменные трубы.

Keywords: technical device, the condenser, heat-exchanger tubes.

Осенью 2002 года на одном из предприятий по производству карбамида при визуальном осмотре нижней камеры конденсатора карбамата высокого давления поз.Е-202, была обнаружена группа из 18— теплообменных труб, имеющих внутреннюю поверхность серебристого цвета. Обычно, в результате эксплуатации в данной среде, поверхность труб из стали типа 03Х17Н14М3 темно-коричневого цвета. При подробном рассмотрении внутри труб на расстоянии 10.. .15 мм от нижнего торца труб обнаружились сквозные поражения, уходящие внутрь трубной доски.

Руководство комбината обратилось в ОАО «НИИК». ОАО «НИИК» (бывший Дзержинский филиал ГИАП) имеет опыт проведения подобных ремонтов трубных досок конденсаторов карбамата ВД без демонтажа аппаратов (г.Северодонецк - 1986,

г. Днепродзержинск - 1986, 1998).

ОАО «НИИК» имеет лицензии, позволяющие ему разрабатывать ремонтную документацию для объектов котлонадзора и лицензию, предоставляющую право на техническое диагностирование и контроль неразрушающими методами оборудования химических производств.

Группа пораженных труб была расположена на периферии трубной доски и имела форму треугольника. Была вскрыта наплавка трубной доски в центре этого треугольника. Прибывшие специалисты ОАО «НИИК» застали картину, показанную на рисунке 1.

© Беспалов А.Д., 2015 г.

Рис. 1 - Участок поражения теплообменных труб и наплавки

В ходе дальнейшего обследования был установлен участок коррозионного поражения трубной доски, рисунок 2.

Рис. 2 - Схема коррозионного поражения нижней трубной доски конденсатора

Поскольку глубина поражения достигла 85 мм, а пространство между трубами под наплавкой было забито окислами железа и солями, наплавку вскрыли полностью на треугольном участке. Количество труб на данном участке поражения составило 31 шт.

Общий вид коррозионного поражения металла трубной доски приведен на рисунке 3.

Рис. 3 - Общий вид коррозионного поражения после вскрытия наплавки

По результатам замеров минимальные толщины стенок теплообменных труб на участке между трубными досками находятся в пределах 2,22...2,48 мм, а в нижней трубной доске - в пределах 1,93.2,25 мм, причем наименьшие значения толщины имеют периферийные трубы.

При изучении кусков наплавки, вырезанных с дефектного участка, обнаружено, что наплавка трубной доски утоняется до 1.2 мм по мере удаления от поля приварки теплообменных труб, уменьшаясь до нуля в районе обнаруженных 3х свищей 01,5 мм. Кроме того, изнутри на наплавке в этой зоне обнаружены поры 00,8 мм - рисунок 4, уходящие вглубь металла.

Аналогичные поры вполне могли послужить причиной образования упомянутых свищей и положить начало развитию поражения углеродистой стали трубной доски и теплообменных труб с наружной стороны за счет образования электрохимической пары «углеродистая сталь -сталь 03Х17Н14М3».

Рис. 4 - Газовые поры с внутренней стороны наплавки

Отметим, что наплавка, сделанная проволокой «Thermanit 19/15H», пострадала в данных условиях минимально, в отличии от труб из стали типа 03Х17Н14М3 или трубной доски из углеродистой стали 13123.5 (отечественный аналог - 20К).

Основная сложность ремонта заключалась в том, что заводской технологией сварки предусматривалась необходимость предварительного и сопутствующего подогрева металла трубной доски и последующей термообработки сварного соединения при температуре 620...650оС.

Практически выполнить данную технологию невозможно из-за наличия футеровки и теплообменных трубок из аустенитных сталей, которые не выдерживают провоцирующего нагрева свыше 400°С без потери своих антикоррозионных свойств. Кроме того, сварку приходилось выполнять при отрицательной температуре (-5.. .-10 °С).

Поэтому при разработке «Технологии восстановительного ремонта нижней трубной доски конденсатора карбамата высокого давления поз. Е-202», за основу была взята хорошо зарекомендовавшая себя технология ремонта несущего корпуса колонны синтеза карбамида, изготовленной в ЧССР из стали той же группы, что и сталь трубной доски конденсатора.

Технологией предусматривалась заварка коррозионного поражения корпуса колонны электродами с высоким содержанием никеля без последующей термообработки. Ремонт произведен в 1981 году и колонна до настоящего времени находится в эксплуатации.

Поверхность металла дефектного участка трубной доски была зачищена механическим способом до металлического блеска с образованием плавных переходов на непораженные

участки. Подготовленная под наплавку поверхность дефектной зоны была проконтролирована цветной дефектоскопией, обнаруженные дефекты вышлифованы и заполированы.

Предварительный подогрев трубной доски перед сваркой осуществлялся подачей пара в межтрубное пространство конденсатора и продолжался 48 часов без давления (на проток). При этом удалось поднять температуру нижней трубной доски до 120.. .130 °С.

Вначале проникновение конденсата через кольцевые зазоры снаружи трубок не было отмечено, что в какой-то мере подтверждает данные об отсутствии аммиака в конденсате аппарата во время эксплуатации до остановки. Данное явление скорее всего объясняется забивкой зазоров между трубами и перфорацией трубной доски продуктами коррозии и своеобразной герметизацией зоны коррозионного поражения от межфутеровочного пространства аппарата.

Отверстия труб, расположенных в дефектной зоне, были заглушены пробками из стали марки 02Х25Н22АМ2 (ЧС-108) и обварены ручной аргонодуговой сваркой (РАД) с присадочной проволокой марки Thermanit 19/15Н. При обварке наблюдались неоднократные выплески сварочной ванны, поэтому подачу пара в межфутеровочное пространство пришлось прекратить. После снятия пара температура трубной доски с 120. 130°С резко упала до 60 ... 80 °С.

Заполнение (сварку) дефектного участка трубной доски проводили ниточными швами, плотными валиками, перекрывая предыдущий шов последующим на / ширины шва, и меняя направление сварки на противоположное после выполнения каждого слоя. Сварка электродами, включая отжигающий слой толщиной около 4 мм, заняла около пяти суток.

Поверхность наплавленного металла трубной доски была выровнена путем вышлифовки отжигающего верхнего слоя на глубину 8 мм.

Замеры твердости наплавленного металла показали значения 238.274 НВ. Цветная дефектоскопия выявила несколько точечных дефектов, которые затем были вышлифованы и заварены РАД. Повторная цветная дефектоскопия не выявила недопустимых дефектов.

Наплавка плакирующего слоя проводилась РАД с применением сварочной проволоки Thermanit 19/15 Н диаметром 2,0.3,2 мм, и послойным контролем содержания ферритной фазы в наплавленном металле, которая практически отсутствовала. Процесс наплавки плакировки толщиной 10 мм занял около 35 часов, включая время на обварку 16-ти дополнительных пробок по периметру участка, рисунок 5.

Рис. 5 - Расположение дополнительных пробок по периметру дефектного участка

Эти конические пробки выполнены из стали 02Х25Н22АМ2 (ЧС-108).

Далее поверхность наплавки была зачищена, заполирована войлочным кругом и подвергнута контролю цветной дефектоскопией.

Окончательный вид наплавки показан на рисунке 6.

Рис. 6 - Окончательный вид наплавки

Затраты времени на проведение восстановительного ремонта конденсатора составили порядка 22 суток.

Наиболее вероятный механизм возникновения пропуска следующий. Вследствие общего коррозионного износа металла наплавки, уменьшения ее толщины, обнажились внутренние дефекты. По мере воздействия агрессивной коррозионной среды дефекты развивались до образования сквозного пропуска под наплавку, что привело к поражению металла трубной доски и соседних труб уже с наружной стороны.

Для исключения подобных явлений необходимо усилить контроль за наличием аммиака в паро-конденсатной системе и системе контроля футеровки аппарата.

При малейшем появлении аммиака агрегат необходимо останавливать на обследование и ремонт, не допуская коррозионного поражения несущего корпуса. Это относится ко всем футерованным нержавеющей сталью или защищенным наплавкой аппаратам на предприятиях.

Авария с выходом рабочей среды при температуре около 200°С и содержащей аммиак, углекислый газ, пар, раствор карбамида и углеаммонийных солей весьма опасна для персонала и окружающей среды.

Литература

1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от

21.07.97 г. № 116-ФЗ;

2. ГОСТ 14249-89 «Сосуды и аппараты. Нормы расчета на прочность».

3. ГОСТ 14782-6 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые».

4. ГОСТ 18442-80 «Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования».

5. ГОСТ 22761-77 «Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю твердомерами статического действия».

6. ГОСТ 25215-82 «Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность».

7. ГОСТ 28033-89 «Сталь. Метод рентгенофлюоресцентного анализа»

8. ГОСТ 5639-82 «Сталь. Методы выявления и определения величины зерна».

9. ГОСТ Р 50599-93 «Сосуды и аппараты стальные высокого давления. Контроль неразрушающий при изготовлении и эксплуатации».

10. ОСТ 26-1046-87 «Сосуды и аппараты высокого давления. Нормы и методы расчета на прочность».

11. ОСТ 26-5-99 «Контроль неразрушающий. Цветной метод контроля сварных соединений, наплавленного и основного металла».

12. СТО 00220256-005-2005 «Швы стыковых, угловых и тавровых сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методика ультразвукового контроля».

13. ОСТ 5.5550-85 «Контроль неразрушающий. Полуфабрикаты и изделия металлические. Ультразвуковой метод измерения толщины».

14. ОСТ 24.201.03-90 «Сосуды и аппараты высокого давления. Общие технические требования».

15. СТО-СА-03-004-2009 «Трубчатые печи, резервуары, сосуды и аппараты нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Требования к техническому надзору, ревизии и отбраковке», взамен ИТН-93.

16. РД 03-421-01 «Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов».

17. 03-606-03 «Инструкция по визуальному и измерительному контролю».