روش های مختلف تست هیدرواستاتیک مبدل های حرارتی پوسته و تیوب

تولید بدنه ریختگی شیر ایمنی  از جنس  اینکونل ۶۲۵ تحت گاز محافظ
دی ۱۰, ۱۳۹۶
نقش ارزنده زئولیت ها به عنوان کاتالیست های فرایندی تولید الفین های سبک
دی ۱۰, ۱۳۹۶

روش های مختلف تست هیدرواستاتیک مبدل های حرارتی پوسته و تیوب

۱- کلیات

وقتی که یک مبدل از سرویس عملیاتی خارج می‏شود، در بیشتر موارد بهتر است، هریک از بخش­های Shell Side یا  Tube Side، پیش از باز کردن قطعات و اجزای مبدل تست شوند. نشتی ممکن است از طریق یک نقطه­ی تخلیه[۱] مانند یک نازل جدا شده در  پایین یا یک  BLEEDERباز، مشخص شود.

 

شکل ۱: یک مبدل دارای Floating Head

معمولاً تست باید تا پیش از مشاهده یک نشتیِ کوچک ادامه یابد. اگر مبدل دارای نشتی بود قسمت‏های مبدل به طور نسبی از هم جدا شده و تست مجدداً اعمال می‏شود. برای مثال، هنگام تست مبدلی دارای  Floating Head  با اعمال فشار در درون تیوب‏ها، بازکردنShell Cover ، منشأ نشتی را وقتی که از گسکت، پیچ‏ها یا Roll تیوب‏ها در سمت Floating Head  باشد آشکار می‏سازد. این تست به طور معمول بین نشتی‏های ناشی از Roll تیوب‏ها در سمت تیوب شیتِ Stationary  و نشتی ناشی از دیواره تیوب تفاوتی قائل نمی‏شود، زیرا این بخش‏ها وقتی که Tube Bundle درون  Shell قرار دارد قابل رویت نیستند. به همین دلیل، یک Shell Test بر روی مبدل­های دارای Floating Head در حالتی که تنها  Channel Cover آن باز شده است اعمال خواهد شد که نشتی Roll تیوب‏ها در سمت  Stationary را واضح خواهد ساخت، ولی به طور آشکارا منشأ نشتی در سمت Rollهای تیوب شیت  Floating یا نشتی گسکت Floating Head را آشکار نخواهد ساخت. در بسیاری از حالات مبدل‏هایی که دارای Floating Head نیستند به گونه‏ای ساخته شده‏اند که یک تست Shell Side که بر روی مبدل تقریبا از هم جدا شده انجام می‏شود، تشخیص جداگانه تیوب دارای نشتی و پلاگ کردن آن‏ها را امکان پذیر می‏سازد. همچنین Rollهای دارای نشتی در هر سمتی تشخیص داده شده و مجدداً Roll می‏شوند. مبدل‏های با Floating Head اجازه کشف جداگانه تیوب‏های دارای نشتی و یا دسترسی به هر دو انتهای تیوب‏ها در حین Shell Test را نمی‏دهند. بعضی مواقع از وسیله‏ای  به نام Test Ring برای این مبدل‏ها استفاده می‏شود. این ابزار کاری می‏کند که آرایش مبدلِ تقریبا از هم جدا شده را موقتاً به مبدل‏هایی با دو تیوب شیب ثابت تبدیل می‏کند.

در بعضی موارد، تست نشتی در هر بار خرابیِ تجهیز انجام می‏گیرد. بررسی وضعیت تیوب نیز می‏تواند با ابزار و دستگاه­های Scanning Detection انجام شود. محدوده دستگاه­های در دسترس، شامل جریان گردابی، جریان گردابی میدان راه دور، جریان مغناطیسی، تجهیزات تست لیزر و ماوراء صوت می­باشند. این تکنولوژی‏ها می‏توانند به منظور کشف Erosion، خوردگی، Pitting و ترک در تیوب‏ها به کار روند. اگر تیوب‏های دارای نشتی پیدا شدند، تیوب ها موقعیت‏یابی شده و پلاگ می شوند و Bundle مجدداً در سرویس قرار می‏گیرد. این فرآیند باید تا زمانیکه نشتی جدیدی کشف نشده تکرار شود، ممکن است چندین تکرار ضروری باشد. اگر تعداد تیوب‏های پلاگ شده با استفاده­ی کارا از مبدل تضاد داشته باشند، مبدل باید Retube شود.

وقتی که نشتی برای اولین بار در یک سرویس مشخص رؤیت می­شود، ممکن است بازرسی به منظور تشخیص طبیعتِ تخریب انجام شود. با ثبت تاریخ های بازرسی، بازرسی شما زمانی انجام می‏شود که تعداد تیوب‏های پلاگ شده نشان می‏دهد که زمان جایگزینی نزدیک است.

وقتی تصمیم‏گیری مبنی بر  Retubeصورت می‏گیرد بازرسی به منظور تعیین بخش‏هایی که می‏تواند نجات داده شوند  و مجدداً استفاده شوند و آنهایی که نیازمند جایگزینی هستند باید صورت گیرد.

تست یک مبدل در حالت Assemble شده نیز مرسوم است. وقتیکه Retube انجام شده است، ممکن است یک تست بر روی مبدل تقریبا سر هم شده اعمال شود تا Roll Leak  به صورت جداگانه مشخص شود. در نهایت، یک Shell Test و  Tube Testجداگانه بر روی مبدل سر هم شده اعمال می‏شود.

بعضاً یک Bundle در حالتی که خارج از Shell است تست می‏شود. در این حالت، Channel و  Floating Head Cover در محل خود قرار می‏گیرند. این روش ، دیدن نشتی را آسانتر می‏سازد ولی یک   Shell Test مجزا را الزامی می‏سازد.

وقتی که هر بخشی تحت فشار است، سطوح خارجی، اتصالات  Rolledو اتصال  گسکت دار ، همه، بازرسی چشمی کامل را نیاز دارند، نشتی و پیچش بخش‏های مبدل ممکن است با آزمون فشار کشف شود.

فشارهای مورد استفاده هنگام تست به فشارهای طراحی و کارکرد واحد بستگی خواهند داشت. برای محاسبه این فشارها می­توان به بخش UG-99 از ASME SEC VIII Div 1 مراجعه کرد. پیش از اعمال فشار بر روی Shell Side بازرس باید اطمینان حاصل کند که تیوب‏های باندل، دارای ضخامت کافی برای تحمل فشار خارجی هستند. همچنین فشار تست بخش Channel و فشار تست  Shell Side باید نسبت به دیگری بررسی شده و ملاحظات باید در نظر  گرفته شود که سمت و یا بخشی از مبدل حرارتی، تحت فشار بیش از حد قرار ندارد. وقتی آب جهت تست فشار استفاده می‏شود، ملاحظات تخلیه کامل آب پس از تست تجهیز باید لحاظ شود. وقتی امکان حذف کامل آب وجود ندارد، باید باز دارنده خوردگی به منظور کاهش احتمال خوردگی میکروبی ، وقتی که مبدل از سرویس خارج است، اضافه شود.

در بعضی موارد ممکن است تست نشتی مبدل حرارتی Shell & Tube در حین سرویس مطلوب باشد. یکی از روش­های این نوع تست شامل تزریق یک Tracer گاز یا مایع در سمت با فشار بالاتر است. اگر آب خنک‏کننده جریان با دمای پایین‏تر است، بررسی محتویات هیدورکربن آب در بالادست و پایین دست مبدل نیز مناسب است.

مطابق بحث­های مطرح شده در فوق، انواع تست­های هیدرواستاتیک متداول روی مبدل­ها را می­توان در گروه­های زیر تقسیم بندی کرد.

۲- آزمایشات هیدرواستاتیکی انواع مبدل‌های حرارتی Shell & Tube

آزمایشات هیدرواستاتیکی انواع مبدل‌های حرارتی Shell & Tube(بصورت جداگانه و یا ترکیبی) و نظارت بر انجام مراحل تست به شرح زیر انجام می‌شود:

۲-۱- آزمایش Shell Test

در این آزمایش بایستی قطعات Shell Cover، Channel، Channel Cover و Floating Head با توجه به نوع مبدل، باز شده(در صورت لزوم) و پس از نصب Test Ring و انجام عملیات هواگیری، مبدل، تحت فشار هیدرواستاتیک قرار گرفته و در نهایت آزمایش به تأیید بازرسی فنی برسد.

در طول آزمایش پوسته، می توان  عیوب و نشتی­های زیر را مشاهد کرد:

  • ترک خودگی یا سوراخ بودن Shell
  • معیوب بودن گسکت­های قطعات متصل به Shell
  • شل بودن پیچ و مهره­های قطعات متصل به Shell
  • سوراخ بودن تیوب­ها و یا نشتی از محل اتصال تیوب­ها در تیوب شیت(Roll Leak)

برای تشخیص دقیق تیوب­های سوراخ و یا نشت دار، نیاز به هوا جهت خشک کردن تیوب­های معیوب و سطح تیوب شیت داریم.

نکته: به هنگام Shell Test در مبدل­های حرارتی سر شناور و بستن تست رینگ، معمولاً تعدادی نشتی در فضای بین تست رینگ و تیوب شیت وجود دارد و به راحتی قابل رفع نیست. به همین دلیل Shell Test  را می­توان با افزایش مداوم فشار و تزریق آب ادامه داد به نحویکه بر روی فشار تست ثابت بمانیم و رفع کامل نشتی از قسمت سر شناور ضرورتی ندارد. البته در تست رینگ­های جدید،  نواری لاستیکی در قسمت وسط تست رینگ به همراه یک لاینینگ تعبیه شده  است. در سمت خارجی تست رینگ نیز انشعاب هوا وجود دارد و تزریق هوا با فشار مناسب سبب انبساط لاستیک تست رینگ  و آب بندی می شود.

شکل ۲: آزمایش Shell Test در یک مبدل دارایFloating Head

در بعضی مراجع، علاوه بر Shell Test ذکر شده، طبق ترکیب فوق و پس از انجام Tube Test، طبق توضیحات بند ۲-۳، در حالتی که اجزای مبدل به طور کامل بسته شده است انجام یک Shell Test نهایی توصیه می­گردد (شکل ۳)، آزمایشی که در بسیاری از موارد در صنعت از آن صرف نظر می­گردد.

شکل ۳: آزمایش Shell Test نهایی

به هنگام شل تست (Shell Test ) در مبدل های حرارتی سر شناور و بستن تست رینگ در سر شناور، معمولا مقداری نشتی از فضای بین تست رینگ و تیوب شیت وجود دارد و به راحتی قابل رفع نیست. به همین دلیل شل تست (Shell Test ) را می توان با افزایش مداوم فشار و تزریق آب ادامه داد به نحوی که بر روی فشار تست ثابت بمانیم و رفع کامل نشتی از قسمت سرشناور ضرورتی ندارد. البته در تست رینگ های جدید، نواری لاستیکی در قسمت وسط تست رینگ به همراه یک لاینینگ تعبیه شده است. در سمت خارجی تست رینگ نیز انشعاب هوا وجود داشته و تزریق هوا با فشار مناسب سبب انبساط تست لاستیک تست رینگ و آب بندی می شود. در تصویر زیر نمونه این تست رینگ را مشاهده می نمایید که تزریق هوا منجر به آب بندی کردن فضای بین تست رینگ و تیوب شیت سر شناور شده است.

تصویر ۳-۱٫ تست رینگ با قابلیت تزریق سیال جهت آب بندی کردن فضای بین تیوب شیت و تست رینگ

تهیه نقشه پلاگ :

یکی از روش های کاربردی و موثر در تشخیص الگوی خوردگی تیوبها و جریان سیال، تهیه نقشه پلاگ است. مرحله بعدی پس از پلاگ کردن تیوبها، تهیه نقشه از تیوب شیت و مشخص کردن وضعیت تیوبهای گرفته شده و پلاگ کرده است. در این روش نیز می توان با به کار بستن تکنیک ۳ قلم در مشخص کردن تیوبهای پلاگ شده قدیمی، جدید و تطابق دو سر تیوب شیت، استفاده کرد. روش مناسب دیگر در تطابق پلاگها بین دو سر تیوب شیت، استقاده از کاغذ شفاف جهت برگزاری تطابق ( به دلیل اختلاف ۱۸۰ درجه ای قرار گرفتن تیوبها و موقعیت پلاگها در ۲ سر تیوب شیت ) است. در این روش ابتدا با برگرداندن کاغذ نقشه تیوب شیت، تیوبهایی را که از یک طرف پلاگ نشده اند، معلوم کرده و سپس نسبت آن را به پلاگ کردن طرف دیگر مشخص می کنید. در تصاویر زیر نمونه کاربرد این روش را مشاهده می کنید.

تصویر ۳-۲- استفاده از تکنیک ۳ قلم در تهیه نقشه تیوب شیت و نقشه پلاگ

تصویر۳-۳٫ استفاده از نور آفتاب و پشت نقشه تیوب شیت در تطابق تیوبهای پلاگ شده در دو سر تیوب شیت

تصویر ۳-۴٫ تطابق و پلاگ کردن تیوبهایی که از یک طرف پلاگ شده اند.

پس از اینکه پلاگ کردن دو طرف تیوبها در دو سر تیوب شیت تمام شد، بار دیگر با انجام شل تست(Shell Test ) و با استفاده از هوا برای مشخص کردن تیوبهای باقیمانده دارای نشتی، اقدام به عمل آورید. در تصویر زیر نمونه این مساله را مشاهده می نمایید.

تصویر ۳-۵٫ تست مجدد نشتی و استفاده از هوا در شناسایی تیوبهای دارای نشتی

۲-۲- آزمایش Bottle Test(در شرایط ویژه)

در این تست تنها Channel Cover باز شده و بدون باز کردن Shell Cover و Floating Head Cover و بدون بستن Test Ring، سمت Shell مبدل تحت فشار قرار می‌گیرد. این نوع تست در مواردیکه مبدل فاقد تست رینگ مناسب جهت انجام (Shell Test ) طبق ترکیب (۲-۱) باشد کاربرد بسیار دارد. در این حالت بدیهی است که در صورت وقوع نشتی از محل Roll تیوب­ها در سمت Floating Tube Sheet تشخیص دقیق نشتی غیر ممکن بوده و تنها از طریق افت فشار گیج می­توان به آن پی برد.

 

۲-۳- آزمایش Tube Test

پس از انجام آزمایش Shell Test و قبل از انجام Tube Test باید ابتدا Shell را از آب خالی کرده و با هوا خشک کرد(در غیر اینصورت خروج آب از درون Shell از سمت Floating Head، بازرس را دچار شک و تردید می­کند). پس از بسته شدن کلیه قطعات مبدل به غیر از Shell Cover(شامل Channel Cover و Floating Head Cover) و انجام عملیات هواگیری(شکل ۴)، مبدل تحت فشار هیدرواستاتیک قرار گرفته و در نهایت آزمایش به تأیید بازرسی فنی می­رسد.

شکل ۴: آزمایش Tube Test

در Tube Test موارد زیر مشخص خواهد شد:

  • ترک و Pitting تیوب­ها که منجر به ایجاد سوراخ شده است.
  • معیوب بودن گسکت بین Shell و Channel
  • شل بودن پیچ و مهره­های Channel

در صورتی که فشار سنج، افت فشار را نشان دهد و هیچ گونه نشتی نیز از گسکت چنل مشاهده نشود، نشانگر وجود ترک و یا حفره­ای بسیار ریز در تیوب­ها است در این حالت می­توان فشار داخل تیوب­ها را کمی افزایش داد تا ترک و حفره داخل تیوب­ها باز شود سپس به منظور مشخص کردن تیوب­های ترک دار و معیوب، مجدداً Shell Test مطابق بند ۲-۱ انجام گرفته و و تیوب­های سوراخ پلاگ می شود.

ممکن است آزمایش های Shell Test و Tube Test تا رفع کامل نشتی­ها  چندین مرتبه تکرار شود.

۲-۴- آزمایش Combined Test

برای آزمایش مقاومتی اجزاء مختلف مبدل‌های فشار بالا، باید آزمایش به صورت ترکیبی(Combined Test) انجام شود. در این تست مبدل کاملاً بسته شده و کلیه اجزای آن در محل خود قرار دارند. در آزمایش Combined Test، فشار در هر دو سوی باندل(شل و تیوب) اعمال می­شود و در نتیجه دو گیج فشار بر روی هر دو سمت Shell و Tube بسته شده و فشار تست مرحله به مرحله افزایش یافته و در هر مرحله بازرسی از قسمت­های مختلف انجام می­شود. دقت شود که اختلاف فشار نباید بیشتر از  ۳/۱ برابر اختلاف فشار طراحی شود. لازم به توضیح است در این تست وقتی که یکی از اجزای سمت Shell دارای نشتی شود، گیج مربوط به Shell، کاهش فشار و گیج سمت Tube، افزایش فشار را نشان می­دهد و بالعکس.

۳- نکات مهم

۳-۱- در ارتباط با مبدل‌هایی که دارای Expansion Joint هستند پس از انجام عملیات Shell Test، مبدل، تحت عملیات Tube Test قرار گرفته و پس از تأیید، نسبت به Expansion Joint Test اقدام می‌ شود و در نهایت مبدل Final Shell Test خواهد شد. لازم به ذکر است که جهت عملیات Expansion Joint Test می‌بایست Expansion Joint به وسیله Clamp مهار شود.

۳-۲- در ارتباط با مبدل‌های نوع Kettle Type که دارای Floating Head هستند، جهت حصول اطمینان از عدم نشتی از محل اتصال Floating Head به Tube Sheet، ابتدا مبدل در بیرون از پوسته تحت آزمایش Tube Test قرار گرفته و در صورت وجود نشتی از محل مذکور، رفع نشتی می شود و سپس باندل در درون پوسته قرار داده شده و عملیات  Shell Test انجام می‌گیرد. پس از تأیید آزمایش و بسته شدن قطعات، مبدل تحت عملیات Tube Test نهایی قرارمی‌گیرد.

۳-۳- در مورد چگالنده‌های بخار توربین(Surface Condenser) که نمی‌توانند توسط صفحه مسدود شونده ایزوله(جدا) شوند و یا تحت فشار قرار گیرند، تست فشار از طریق پر کردن حداکثر ارتفاع شل (Shell  ) مبدل با آب و با فشار هیدرواستاتیکی انجام می شود سپس آزمایشTube Test انجام می‌شود. در صورتی که وجود نشتی محرز باشد ولی نتوان با روش فوق، تیوب‌های دارای مشکل را شناسایی کرد، می‌توان به وسیله‌ Ejectorهای مربوطه، قسمت Shell Side را تحت خلأ قرار داده و تیوب‌ها به روش Soap Test چک شوند.

۳-۴- تجهیزات انجام آزمایش در مبدل‌های فشار بالا باید به گونه‌ای طراحی و نصب شود که هر زمان به هر علتی در هنگام اعمال فشار، فشار یک طرف افت کرد، فشار سمت دیگر هم سریعاً و به تناسب کاهش یابد تا آسیبی به اجزاء مختلف مبدل وارد نشود.

۳-۵- سیال مورد استفاده در تست فشار، معمولاً آب است و در مواردی که استفاده از آب معمولی مجاز نباشد، انواع سیالات توصیه شده توسط سازنده مانند آب Condense، آب بدون یون کلر(یا حداکثر حاوی PPM 50 یون کلر) نفت گاز، نفت سفید و غیره می‌تواند به کار گرفته شوند. مبدل‌های مذکور باید بلافاصله بعد از تست، تخلیه و خشک شوند.

۳-۶- تست ترک خوردگی تنشی SCC

  در صورتیکه جنس تیوب­های مبدل از نوع فولادهای ضدزنگ سری ۳۰۰ نظیر SS 316L بوده که مستعد به ترک خوردگی تنشی هستند، پس از انجام شل تست (Shell Test ) و تیوب تست(Tube Test )  و رفع نشتی­ها اقدام به تست ترک خوردگی تنشی می­شود. روال این تست دقیقا برعکس تست مبدل­ها است به این نحو که ابتدا همان تیوب تست(Tube Test ) انجام می شود، با این تفاوت که به مدت ۷۲ ساعت زیر تست قرار می­گیرد. آب مورد استفاده باید دارای کلر کمتر از ۵۰ ppm و pH 7 تا ۹ باشد. بعد از گذشت زمان مذکور، مجدداً مورد شل تست قرار خواهد گرفت تا تیوب­هایی که احتمالاً در مراحل SCC بوده­اند مشخص شوند. تعمیر این تیوب­ها نیز از مطابق موارد ذکر شده در قسمت شل تست است.

                                                                                 ابراهیم خیّر

                                                                       مهندس ارشد بازرسی فنی شرکت نفت فلات قاره

منابع و مراجع

۱- API RP 572

۲- Abhishek Srivastav’s Presentation on www.Slideshare.net Website, Mechanical Engineer at GreenLeaf Engineering Limited

۳- تجربیات نویسنده در بازرسی فنی صنعت نفت

[۱] . Drain Point

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *