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制氢转化蒸汽发生器外壁温度超高的处理点击：2089 日期：[ 2014-04-26 21:53:31 ] |
| 制氢转化蒸汽发生器外壁温度超高的处理 卢秋旭，谢建新，瞿开宁 (中国石化塔河分公司，新疆库车842000) 摘要：本文通过对中国石化塔河分公司制氢装置转化蒸汽发生器E4002入口管箱内衬产生大量穿透性裂纹的原因进行分析，提出减少对流传热对外壁温度的影响；尽可能增加内保温层厚度，增加传热阻力；防止气流继续对保温层的损坏等措施，问题得到圆满解决。 关键词：转化蒸汽发生器；穿透性裂纹；分析；处理 引言 中国石化塔河分公司烃类水蒸气转化制氢装置始建于2004年，规模为8000Nm3/h，转化蒸汽发生器E4002是制氢转化炉出口转化气与锅炉水换热器为该装置的重点设备，其设计壁温不大于350℃，自原始开工以来其外壁温度超高，已测得最高温度为420℃（采取措施后未让其温度继续上升），为防止设备出现故障，对E4002外壁采用1.0Mpa蒸汽连续进行冷却，冷后最高点温度低于240℃，以此维持正常生产。 加制氢装置于2009年3月31日至4月6日对E4002进行了检修改造处理，从根本上消除了其外壁超温的问题，保护了5年的降温蒸汽停用，达到节能降耗效果的同时确保了设备的安全平稳运行，下面对制氢E4002外壁温度超高的原因及问题的处理进行技术分析和总结。 1·原因分析 1.1现象 目前使用的E4002于2006年5月安装投用，在设备进厂验收时发现存在以下几个缺陷，经与厂家沟通，部分进行了处理： （1）入口锥段的衬里护板（材质Cr25Ni20）整体向下偏移10mm左右，厂家回复内衬护板是浮放在衬里上，确认为正常位移。2006年3月25日机动处安排将衬里护板整体割开重新铺设，护板整体偏移量稍有减少，效果不明显。 （2）管束管板处衬里护板孔与管束陶瓷管孔不同心，按厂家提议将衬里护板孔挡住管束孔的部位进行扩径处理，经处理后此问题消除。 （3）E4002原始安装前验收时，管箱内衬有极少量裂纹，最大的一条位于入口管箱筒体偏上部东南侧（5#）处内衬有一个约长8mm宽0.5mm深度30mm左右未穿透裂纹，厂家回复内衬浇注后在干燥过程中不可避免的会出现裂纹，未出现穿透性裂纹，且裂纹数量极少，裂纹深度较浅，属于正常现象且无法修复，决定此问题不予处理。 大检修期间对E4002的衬里进行了全面检查，发现主要有以下几点缺陷： （1）入口管箱内保温衬里出现大量穿透性裂纹（图一），以上几处外壁温度较高部位对应的内衬均有宽度较大的穿透性裂纹存在； （2）内衬保温层有减薄现象，特别是管束管板与管箱筒体交界处内衬厚度减薄明显，已出现环状凹槽，最深凹处约为25mm； （3）衬里护板变形，护板与内衬最大间隙达到25mm左右； （4）从护板眼中用铁丝简单测量对比以及从人孔入口处观察，内衬保温层厚薄明显不均匀，宽度较大的穿透性裂纹表面有部分内衬保温层材料脱落，筒体及管束内明显有掉落的内衬保温材料。（如图1所示）。 1.2缺陷形成原因分析 1.2.1衬里护板变形原因分析： 衬里护板浮放在衬里上不受其它约束力，在开停工过程中温度升降幅度较大，护板不可避免地发生形变，由圆形锥体变为椭圆锥体。 1.2.2裂纹形成原因分析 （1）5年来生产多次波动，换热器管箱箱体经过多次升温降温过程，因钢材热胀冷缩的变化量远大于保温内衬的变化量，钢材的变形通过内保温钉将应力传至内衬，至使内衬各点受力不同从而使保温衬里原有制造缺陷加剧恶化； （2）内衬护板受温度变化发生变形，当其变成椭圆锥体后其直径变成椭圆，长轴处受衬里阻碍后停止继续伸长，此时衬里护板与衬里之间有一定的相互作用力，加剧了裂纹的扩展。 图 1 E4002内保温衬里部分裂纹 （3）在5年来生产的生产过程中出现过两次较长时间停电，换热器管程内的水蒸汽在温度降低的情况下凝结成明水，渗入保温层内部，恢复生产过程中快速升温，明水汽化快速造成内保温层裂纹（即保温层炸裂），从大检修时开人孔后所观察到的大量裂纹及较大裂纹程度的现象来看，明水渗入保温层后炸裂的可能性极大。 1.3外壁超温原因分析 （1）局部保温材料逐渐被冲刷脱落减薄，减少了隔热有效厚度，相应增加了外壁温度； （2）大量穿透性裂纹及较大裂纹宽度减小了隔热系数，增加了向外的传热量，相应增加了外壁温度； （3）由于大量穿透性裂纹及较大裂纹宽度的存在，以及部分热介质从护板与保温层间流过，增加了管箱圆筒钢板内侧的介质流动，除传导性传热外大幅增加了对流性传热，即传热系数大幅增加，直接导至了外壁温度超高，此原因为换热器外壁温度超高的主要原因。 2·处理思路及方案 2.1处理思路 由于大检修时间较短，在短时间内无法将内保温层重新制作，针对以上原因，只能从以下几方面想办法处理： （1）通过局部改进减少对流传热对外壁温度的影响； （2）通过维修尽可能增加内保温层厚度，增加传热阻力； （3）防止气流继续对保温层的损坏。 2.2处理方案要点 （1）对管箱内部护板与衬里间隙进行填塞，减小气流通道； （2）内部护板小眼补焊及锥形护板锥口处与保温层间的间隙进行填塞，尽可能防止或减少热介质在内部护板与衬里间流动； （3）对已冲刷的凹槽及能修补的保温层进行恢复性修补，增加保温层厚度； （4）内衬护板伸缩缝内侧增加防气流冲刷导板，减少或防止旋涡气流对保温层的冲刷。 3·投用效果 通过技术人员讨论分析，制定的改进方案正确，处理较为彻底，生产投用后E4002外壁最高点温度仅为240℃左右，符合设计要求，外壁温度上升趋势不明显，壁外降温蒸汽停用，运行效果明显优于较停工检修前。 4·经验教训及后续措施 4.1经验教训 （1）原始开工时第一台E4002安装时已发现内衬存在问题，经过两次整改均未达到要求,第二台换热器又出现同相问题,说明未能仔细研究找出问题根源，盲目相信并依赖设计，经验和技术水平不够，要加强理论学习； （2）对换热器的特殊性认识不够，在E4002使用过程中对其保护防范工作未做到位，在今后的使用过程中严防换热器内蒸汽冷凝，制定出特殊情况下的防范措施，形成合理有效的防范预案； 4.2后续措施 由于E4002内衬保温层已经损坏，在生产过程中不可避免的会出现外壁温度不断升高的现象，要对此加以高度监控，若出现外壁温度超高的现象，及时投用冷凝蒸汽维持生产，同时建议将闲置的换热器进行修复，修复其内衬时参照以上已取得的成功经验，在下次大检修时更换。 |
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