Improvement of reliability of heat exchangers with welded gasket

Abstract

This master's thesis has been done at Neste Oil Oyj Porvoo refinery to improve the reliability of heat exchangers with welded gaskets. The aim of the study is to avoid heat exchanger leakage at gasket observed during use. Subject of the work is also the heat exchanger's coated flanges, possibly related factors and welding process of gaskets. The work describes the heat exchanger's gasket construction and the gasket materials.

The theory of environmentally assisted cracking (EAC) is discussed in particular. In addition, the residual stresses, use of inhibitors and cathodic protection, austenitic stainless steels, properties of nickel-base alloys, TIG welding, visual and dye penetrant inspection, gaskets and condition monitoring system applicable for periodic inspections are discussed.

Information has been collected on the issues and the related studies. In the annex of the work, the inspection plans have been made for KARP3 and VHVI heat exchangers of the production units with welded gaskets. The objective is the inspection plan for the welded gasket. Information acquisition concentrates on possible mechanisms of failure studied during shutdowns in years 2010 and 2011.

Leakage of gaskets and heat exchanger problems in the gasket are the primary problems which recur through stress corrosion. In order to reduce the risk of stress corrosion it is proposed to change the material, and other parameters that can reduce the risk of stress corrosion.

Diplomityö on tehty Neste Oil Oyj:n Porvoon jalostamon hitsatuilla tiivisteillä varusteltujen lämmönvaihtimien käyttövarmuuden parantamiseksi. Keskeisenä ongelmanratkaisuna työssä ovat lämmönvaihtimien käyttöhistorian aikana havaitut tiivistevuodot. Työssä käsitellään myös lämmönvaihtimien runkolaippojen pinnoitesäröilyyn mahdollisesti liittyviä tekijöitä ja tiivisteliitoksien hitsausprosessia. Työssä kuvataan lämmönvaihtimien tiivisterakenteita sekä rakenneosien materiaaleja.

Teoriaosuudessa keskitytään käsittelemään erityisesti ympäristövaikutteisia murtumisilmiöitä. Lisäksi työn teoriaosuudessa on käsitelty jäännösjännityksiä, inhibiittistä ja katodista suojausta, austeniittisen ruostumattoman teräksen ja nikkeliseosten ominaisuuksia, TIG-hitsausta, visuaalista ja tunkeuma nestetarkastusta, tiivisteitä ja lakisääteisissä määräaikaistarkastuksissa sovellettavaa kunnonvalvontajärjestelmää.

Soveltavassa osassa on kerätty tietoa havaituista ongelmista ja niihin liittyvistä tutkimuksista. Työn liitteiksi on laadittu tarkastussuunnitelmat VHVI- ja KARP3- tuotantoyksiköiden tiivistehitsatuille lämmönsiirtimille. Tarkastussuunnitelmien keskeisenä tavoitteena on hitsattavien tiivisteliitosten kunnon varmistaminen ja informaation hankinta tiivisteiden mahdollisista vauriomekanismeista vuosien 2010 ja 2011 huoltoseisokkien yhteydessä.

Tiivistevuotojen ja lämmönvaihtimien runkolaippapinnoissa esiintyvien ongelmien ensisijaiseksi ratkaisumalliksi työssä on suositeltu jännityskorroosion huomioonottamista. Jännityskorroosioriskin vähentämiseksi työssä on suositeltu muutosta materiaaleihin ja muita toimenpiteitä, jotka voisivat vähentää jännityskorroosioriskiä.