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换热器局部腐蚀泄漏原因分析及预防措施

发布时间:2010-8-26 浏览:3128

    【摘要】对一台换热器换热管泄漏原因进行分析,并研究预防换热管泄漏措施,提高换热器运行周期,保证装置稳定运行。

    【关键词】换热器泄漏局部腐蚀蒸汽加热 四平换热器
    在化工生产中,由于工艺的需要,在流程中往往存在着各种不同的换热过 程,换热器就是用来进行此项热传递过程的设备,它可以使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体,以满足工艺的需要。换热器的稳定运行在工艺生产中起着相当重要的作用,一旦泄漏会严重影响工艺,造成两种流体混合,导致不安全因素的产生。
    某公司甲醇装置中有一换热 器为该装置关键设备,该换热器 在投用一年后发生泄漏。
    1.设备技术参数
    设备技术参数及操作数据见表1
    
    筒体材质为16MnR(热轧状 态),规格为φ1500mm×14mm,总 高8152mm。管板材质为16Mn。厚度88mm,锻件。换热管材质为10# 钢,规格φ25mm×2.5mm,退火状 态。折流板5件,厚度16mm,材质 Q235-A.换热面积:669m2。
    2.泄漏情况
    该换热器于2004年投入运行, 2006年7月系统停车时发现泄露。 打压试漏时发现有34根换热管泄露。其中有10根比较严重。由于当 时生产任务较紧,该换热器堵漏 完毕后,投入运行,没有做深入的 分析。
    堵漏完毕后的换热器投入 行3个月后又发现泄露,再次拆开检查维修。在这次检查时,发现有的换热管在距上管板90毫米处有断开,随即技术人员仔细检查。用焊条在换热器上管板上探测换热管内壁,发现大部分换热管在距管板90毫米处用焊条滑动时内壁不光滑。于是技术人员决定将换热管抽出一根检查。换热管抽出后,将怀疑有缺陷的部位刨开,发现该处有一不规则的环状凹坑(见图1),换热管内表面其他部位良好,这说明其他换热管也存在环状凹坑。通过查看设备制造图纸,换热器管板厚度为80毫米,凹坑距管板大约10毫米。
                            
    3.原因分析
    该换热器是一塔设备下部即塔釜换热器,目的是加热并蒸发塔釜液体,使塔内获得介质蒸汽,介质蒸汽上升与塔顶部流下的液体接触混合,实现塔内的物理化学反应,该设备还有一个名字叫塔釜再沸器,实现塔釜液体再次沸腾的加热器。该换热器管程介质为甲醇,壳程介质为蒸汽,180度的蒸汽加热甲醇,使得甲醇沸腾。换热器工作流程见图2。
                            
从常规腐蚀机理分析,塔体采用材料为16MnR,换热器管程管箱封头材料也为16MnR,换热管为10#钢。在塔内和换热器的管箱封 头都没有发现腐蚀现象,在换热管内,只是靠近上管板的地方发现腐蚀,说明换热管的腐蚀在原 始选材有没有考虑到或以前没有发生的腐蚀。
    由于腐蚀部位靠近上管板,其他部位没有腐蚀,且大部分的换热管都出现在该部位腐蚀的现象,这说明腐蚀与材质没有关系,肯定是在工艺设计或操作方面有欠缺,导致换热管局部腐蚀。
    换热器管程的液位约有换热管长度的三分之一到三分之二,壳程充满蒸汽,其底部有冷凝液排出管线连接疏水器,保证壳程加热效果。当换热管内的甲醇介质被壳程蒸汽加热沸腾后,变成甲醇蒸汽上升,由于壳程蒸汽温度高于换热管内甲醇蒸汽温度,甲醇温度在换热管内上升时,一直被加热,温度上升。当甲醇蒸汽进入管板内换热管时,由于周围没有了蒸汽,甲醇蒸汽在经过这段距离时,或甲醇蒸汽进入上管箱后,没有了加热源,甲醇蒸汽中的部分蒸汽变成液滴,附着在管 板内换热管管壁上,或上管箱内的液滴落到上管板上,然后顺着换热管向下流。当液滴顺着管板内的换热管向下流出管板时随即 被高温蒸汽加热,又变成甲醇蒸汽上升,如此的反复过程,使得上管板下部换热管内表面承受介质相变,在特定的温度环境下腐蚀,从而出现环状凹坑。介质蒸汽及液滴流动方向见图3。
                             
    4.整改方法和采取措施
    从上面分析的腐蚀机理,来寻找防止换热管腐蚀的方法。首先在防止液滴下流的方式有两种: 一可以增加蒸汽的温度,来提高换热管内的介质蒸汽的温度,使 介质蒸汽在离开换热管后,来不及凝结就进入塔体,进入塔体和 即使有液滴冷凝,只会落到塔釜 液面,不会造成负面影响;二可以降低塔顶压力,使得换热管内介质蒸汽的流速增加,即使有液滴冷凝,在流速较高的情况下也被带入塔内。
    以上两种方式是要改变工艺 操作条件,工艺操作条件改变后会影响其他设备的操作,这种方式在生产中是不会采取的。要想在不改变工艺操作条件的情况下,防止腐蚀,只有增加换热管的材 料等级,将10#钢的换热管改成不锈钢,这样冷凝的液滴在换热管 内反复蒸发不会造成换热管的坑 状腐蚀,从而保证换热器的运行,稳定了生产。
    5.结语
    通过对换热器进行改造,将换热管上部长约1米更换为不锈钢材质,既避免了腐蚀,又节省了制造成本。经过近两年的运行,换热器运行良好,没有发生泄漏,从而证明当初的分析是正确的。

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