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甲醇系统水冷器内漏原因分析及对策点击：1796 日期：[ 2014-04-26 21:53:29 ] |
| 甲醇系统水冷器内漏原因分析及对策 刘来志，徐立，梁群 （兖矿国泰化工有限公司工程部，山东滕州277527） 摘要：通过对甲醇装置水冷器漏原因进行分析，发现造成水冷器内漏的主要原因是应力腐蚀、垢下腐蚀和设计不合理。简述了针对不同内漏原因采取不同的处理措施，收到良好的效果。 关键词：水冷器；内漏；腐蚀；改造；焊接工艺 中图分类号：TQ051.5文献标识码：B文章编号：1008-553X（2010）04-0081-02 我公司年产24万吨甲醇装置系统内共有各类换热器60多台，装置于2005年10月投产运行至今，共发现内漏换热器40多台次。根据换热器分类，发现内漏的换热器都是管壳式换热器，且多为冷却器。我们通过检测分析，发现了造成内漏的主要原因是应力腐蚀、垢下腐蚀和设计不合理，根据不同原因采取相应的处理措施，收到良好的效果。 1·应力腐蚀 针对此情况，我们制订了有针对性的焊接工艺方案：用磨光机将裂纹铲除干净，选择合理的焊接顺序，遵循从中心开始均匀错开，逐渐向外施焊的原则,控制焊接的线能量，避免发生热影响区硬化、晶粒长大和各种脆化，同时尽量降低焊缝的残余应力。补焊点与原焊缝圆滑过渡，补焊点高于原焊缝的用磨光机打磨，使之与原焊缝平齐,焊后进行热处理并用振动法对整个换热器进行消应处理。此换热器经过以上方法修复后，运行至今未发现内漏情况。 净化工段变换水冷器换热效果较差，通过取样分析，发现水冷器出现内漏情况。大修拆检时发现，漏点在换热管和管板焊缝处，其形态呈稀松分布的网状或龟裂状，且大部分裂纹有分叉现象，裂纹大致垂直于焊缝残余应力方向，并由表面向纵深延伸，符合典型的应力腐蚀特征。换热管与管板焊缝在运行中主要受工作应力和残余应力的共同作用。根据我公司工艺运行的情况看，该焊缝所受的工作应力较小，是次要因素，设备在加工制造、焊接及装配中所产生的残余应力是主要因素，特别是换热管与管板焊缝的焊接质量是造成内漏的主要原因。 2·垢下腐蚀 生产运行中发现，氨制冷工段的塔顶冷凝回流器出口气氨温度升高，经调节无效后取样分析发现，该回流器出现内漏情况。大修时拆检发现，换热器管程有特别刺激的腐败气味，部分列管被堵死，里面存有大量的污泥和循环水站凉水塔内的填料碎片，有明显的孔蚀、坑蚀、焊缝腐蚀等垢下腐蚀现象，分析原因：一是循环水站凉水塔填料脱落的碎片堵塞换热管，造成沉积物聚集；二是该塔顶冷凝回流器距地面二十多米，循环水流向为下进上出，阻力大，流速较低；三是换热器壳层温度较高，使堵塞的换热管局部结垢，进一步堵死换热管；四是循环水中溶解的Cl-、O2等以及微生物在堵塞处大量聚集。针对以上原因，我们采取了如下措施：循环水站凉水塔更换新填料，清理蓄水池内杂物，增加旁路过滤器，加强补水管理，防止杂物、泥沙被带入系统。根据负荷适当提高循环水压力，对循环水加药、浓缩倍数及严格控制成分指标，增加循环水在线监测装置。把塔顶冷凝回流器换热管材质由20＃钢改为不锈钢，循环上水增加过滤器。经过改造后的塔顶冷凝回流器重新投入运行后情况良好。 3·设计不合理 合成工段甲醇水冷器在投入运行后不久，通过壳程防空排气分析和水冷器上、回水COD分析，发现一台设备有内漏现象，且内漏发展很快，造成系统被迫停车，使生产系统无法长周期安全运行。检修期间，对该设备进行了拆检，通过对管板进行着色处理，未发现裂纹，水压试验0.8MPa即发现多处漏点，漏点全部为换热管断裂漏水或换热管同管板焊接处泄漏。通过堵管的方法处理后投入运行，不久后又发现有内漏现象，且其他两台也发现内漏现象。大修期间，对内漏设备进行了全面拆检，发现设备的内漏点基本相同，初步判断为相同原因造成设备内漏。通过查阅图纸和相关大量资料及与设备制造厂家沟通，断定水冷器出现内漏的主要原因是：①设备设计厂家对折流板的排列方式布置不合理及管板结构设计不合理；②设备制造厂家在换热管与管板焊接时的质量问题。 原甲醇水冷器折流板结构为单弓形竖直排列方式，在实际运行中造成循环水流动不畅，继而形成循环水对换热管、折流板及筒体的冲击，造成设备壳体振动较大，进而致使换热管同管板贴胀处产生间隙，同时造成换热管同管板焊接处出现疲劳破坏而开裂，使管程高压合成气流入壳程循环水中，造成内漏。因此通过改造折流板为水平排列并增加厚度4mm，使循环水流动更加流畅，减少了循环水因流动对壳程部件的冲击，提高了折流板的刚度支撑条件，增强了折流板防变形能力，同时有利于减少管束的振动。 改造后水冷器的管板复合板采用堆焊形式，材质为16MnⅢ＋0Cr18Ni10T（i堆焊），堆焊层的厚度为6mm，这样的管板结构形式可以提高管板耐腐蚀层的可靠性，彻底消除管板基层同复合层贴合不好的问题，提高了管板同换热管的焊缝强度，继而保证了水冷器在运行中不因管板同换热管焊缝的质量问题而造成设备内漏。 水冷器换热管与管板的连接方法采用强度焊+贴胀的形式，这种连接方法密封性能好，可承受振动和疲劳载荷，不仅能改善连接处的抗疲劳性能，还可以消除应力腐蚀和缝隙腐蚀，提高设备的使用寿命。焊缝宽改为2mm，焊后采用振动法对整个换热器进行效应处理，降低焊缝残余应力。 设备改造后，保证了换热管同管板的焊缝质量，防止了因循环不畅造成阻力增大，诱发换热管振动，彻底解决了换热管断裂问题，投入运行后未发现内漏情况。 甲醇装置系统内水冷器采用的结构形式多种多样，面临的工况也千差万别，造成水冷器内漏的原因不是单一的，其与水冷器的选材、设计、制造、安装、结构、换热介质及工况等很多因素有关，是众多不利因素共同作用的结果。只有综合考虑各种因素的影响，采取多种措施才能从根本上解决内漏问题，保证系统的安全、稳定、长周期运行。 参考文献 [1]郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M].北京：化学工业出版社，2002：4. [2]冯兴奎.过程设备焊接[M].北京：化学工业出版社，2003:1. [3]卿胜前.换热器列管与管板焊接应力腐蚀裂纹的防治[J].中氮肥，2000（4）:56-57. |
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