換熱器局部腐蝕泄漏原因分析及預防措施

發(fā)布時間：2010-8-26 瀏覽：4279

    【摘要】對一臺換熱器換熱管泄漏原因進行分析，并研究預防換熱管泄漏措施，提高換熱器運行周期，保證裝置穩(wěn)定運行。

    【關鍵詞】換熱器泄漏局部腐蝕蒸汽加熱 四平換熱器
    在化工生產(chǎn)中，由于工藝的需要，在流程中往往存在著各種不同的換熱過 程，換熱器就是用來進行此項熱傳遞過程的設備，它可以使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝的需要。換熱器的穩(wěn)定運行在工藝生產(chǎn)中起著相當重要的作用，一旦泄漏會嚴重影響工藝，造成兩種流體混合，導致不安全因素的產(chǎn)生。
    某公司甲醇裝置中有一換熱 器為該裝置關鍵設備，該換熱器 在投用一年后發(fā)生泄漏。
    1.設備技術參數(shù)
    設備技術參數(shù)及操作數(shù)據(jù)見表1
    
    筒體材質(zhì)為16MnR（熱軋狀 態(tài)），規(guī)格為φ1500mm×14mm,總 高8152mm。管板材質(zhì)為16Mn。厚度88mm，鍛件。換熱管材質(zhì)為10# 鋼，規(guī)格φ25mm×2.5mm，退火狀 態(tài)。折流板５件，厚度16mm，材質(zhì) Ｑ235－Ａ．換熱面積：669ｍ２。
    2.泄漏情況
    該換熱器于2004年投入運行， 2006年7月系統(tǒng)停車時發(fā)現(xiàn)泄露。 打壓試漏時發(fā)現(xiàn)有34根換熱管泄露。其中有10根比較嚴重。由于當 時生產(chǎn)任務較緊，該換熱器堵漏 完畢后，投入運行，沒有做深入的 分析。
    堵漏完畢后的換熱器投入 行3個月后又發(fā)現(xiàn)泄露，再次拆開檢查維修。在這次檢查時，發(fā)現(xiàn)有的換熱管在距上管板90毫米處有斷開，隨即技術人員仔細檢查。用焊條在換熱器上管板上探測換熱管內(nèi)壁，發(fā)現(xiàn)大部分換熱管在距管板90毫米處用焊條滑動時內(nèi)壁不光滑。于是技術人員決定將換熱管抽出一根檢查。換熱管抽出后，將懷疑有缺陷的部位刨開，發(fā)現(xiàn)該處有一不規(guī)則的環(huán)狀凹坑（見圖1），換熱管內(nèi)表面其他部位良好，這說明其他換熱管也存在環(huán)狀凹坑。通過查看設備制造圖紙，換熱器管板厚度為80毫米，凹坑距管板大約10毫米。
                            
    3.原因分析
    該換熱器是一塔設備下部即塔釜換熱器，目的是加熱并蒸發(fā)塔釜液體，使塔內(nèi)獲得介質(zhì)蒸汽，介質(zhì)蒸汽上升與塔頂部流下的液體接觸混合，實現(xiàn)塔內(nèi)的物理化學反應，該設備還有一個名字叫塔釜再沸器，實現(xiàn)塔釜液體再次沸騰的加熱器。該換熱器管程介質(zhì)為甲醇，殼程介質(zhì)為蒸汽，180度的蒸汽加熱甲醇，使得甲醇沸騰。換熱器工作流程見圖2。
                            
從常規(guī)腐蝕機理分析，塔體采用材料為16MnR，換熱器管程管箱封頭材料也為16MnR，換熱管為10#鋼。在塔內(nèi)和換熱器的管箱封 頭都沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，在換熱管內(nèi)，只是靠近上管板的地方發(fā)現(xiàn)腐蝕，說明換熱管的腐蝕在原 始選材有沒有考慮到或以前沒有發(fā)生的腐蝕。
    由于腐蝕部位靠近上管板，其他部位沒有腐蝕，且大部分的換熱管都出現(xiàn)在該部位腐蝕的現(xiàn)象，這說明腐蝕與材質(zhì)沒有關系，肯定是在工藝設計或操作方面有欠缺，導致?lián)Q熱管局部腐蝕。
    換熱器管程的液位約有換熱管長度的三分之一到三分之二，殼程充滿蒸汽，其底部有冷凝液排出管線連接疏水器，保證殼程加熱效果。當換熱管內(nèi)的甲醇介質(zhì)被殼程蒸汽加熱沸騰后，變成甲醇蒸汽上升，由于殼程蒸汽溫度高于換熱管內(nèi)甲醇蒸汽溫度，甲醇溫度在換熱管內(nèi)上升時，一直被加熱，溫度上升。當甲醇蒸汽進入管板內(nèi)換熱管時，由于周圍沒有了蒸汽，甲醇蒸汽在經(jīng)過這段距離時，或甲醇蒸汽進入上管箱后，沒有了加熱源，甲醇蒸汽中的部分蒸汽變成液滴，附著在管 板內(nèi)換熱管管壁上，或上管箱內(nèi)的液滴落到上管板上，然后順著換熱管向下流。當液滴順著管板內(nèi)的換熱管向下流出管板時隨即 被高溫蒸汽加熱，又變成甲醇蒸汽上升，如此的反復過程，使得上管板下部換熱管內(nèi)表面承受介質(zhì)相變，在特定的溫度環(huán)境下腐蝕，從而出現(xiàn)環(huán)狀凹坑。介質(zhì)蒸汽及液滴流動方向見圖3。
                             
    4.整改方法和采取措施
    從上面分析的腐蝕機理，來尋找防止換熱管腐蝕的方法。首先在防止液滴下流的方式有兩種: 一可以增加蒸汽的溫度，來提高換熱管內(nèi)的介質(zhì)蒸汽的溫度，使 介質(zhì)蒸汽在離開換熱管后，來不及凝結(jié)就進入塔體，進入塔體和 即使有液滴冷凝，只會落到塔釜 液面，不會造成負面影響；二可以降低塔頂壓力，使得換熱管內(nèi)介質(zhì)蒸汽的流速增加，即使有液滴冷凝，在流速較高的情況下也被帶入塔內(nèi)。
    以上兩種方式是要改變工藝 操作條件，工藝操作條件改變后會影響其他設備的操作，這種方式在生產(chǎn)中是不會采取的。要想在不改變工藝操作條件的情況下，防止腐蝕，只有增加換熱管的材 料等級，將10#鋼的換熱管改成不銹鋼，這樣冷凝的液滴在換熱管 內(nèi)反復蒸發(fā)不會造成換熱管的坑 狀腐蝕，從而保證換熱器的運行，穩(wěn)定了生產(chǎn)。
    5.結(jié)語
    通過對換熱器進行改造，將換熱管上部長約1米更換為不銹鋼材質(zhì)，既避免了腐蝕，又節(jié)省了制造成本。經(jīng)過近兩年的運行，換熱器運行良好，沒有發(fā)生泄漏，從而證明當初的分析是正確的。