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40000ｍ3/ｈ空分设备主换热器泄漏分析及处理点击：2150 日期：[ 2014-04-26 22:32:25 ] |
| 板翅式换热器由于具有单位体积传热面积大、总换热系数大、重量轻以及可多股流同时换热等优点,在空分设备中得到广泛应用。但板翅式换热器安全、可靠性相对较低的弱点在运行中也比较突出。本文重点介绍钎焊板翅式换热器在运行中出现内漏和外漏的情况及处理经过。 1 流程简介 某公司40000ｍ3/ｈ空分设备于1995年10月一次开车成功。采用氮气循环、内压缩流程和有氢制氩技术。氧气压力8 55ＭＰａ、流量40000ｍ3/ｈ,氮气压力7 0ＭＰａ、流量31500ｍ3/ｈ,氩设计产量1030ｍ3/ｈ。主换热器工作压力为4ＭＰａ。 从上塔顶部出来的氮气分成两股,经主换热器换热,一股流量为8000ｍ3/ｈ、压力为0 56ＭＰａ的氮气作为低压氮产品送出;另一股进入氮压机压缩。从氮压机二段抽出压力2 67ＭＰａ、流量为116000ｍ3/ｈ的中压氮气送入膨胀机增压端入口,增压至3 7ＭＰａ后从顶部进入主换热器换热,然后在中部抽出一股进入膨胀机入口进行膨胀。膨胀后压力为0 57ＭＰａ的氮气与从下塔顶部抽出的氮气汇合,过主换热器复热,进入氮压机压缩,完成一个循环。氮压机三段出来的7 0ＭＰａ的氮气分为两股,一股作为产品送出;另一股进入高压氧换热器换热,减压后在主换热器中部和从增压机增压后的氮气汇合,通过减压节流进入下塔上部。 2 主换热器外漏 2 1 故障现象在1998年11月的一次停车后的启动过程中,发现膨胀机入口滤网压差缓慢增大,一直增大到0 4ＭＰａ(正常为0 05ＭＰａ左右),伴随着膨胀机入口压力下降、增压机防喘阀开大现象。既使再开大导叶,膨胀量的增大也有限,而且膨胀量还慢慢降低。由这些现象基本可确定为滤网堵塞。于是对膨胀机进行了局部加温复热。复热后启动膨胀机,工况正常,再无堵塞现象发生。所以当时只以为是一次偶然故障,未加重视。 但后来在每次停车时间较长时,都会发生膨胀机堵塞现象,且复热后工况正常;短时间的停车则无此现象。其它工艺参数均正常。 2 2 故障原因 通过对复热器出口的气体成分分析,证实为二氧化碳堵塞。因增压机出口水冷却器未发生泄漏,基本排除水堵。因此改造了膨胀机的密封气系统,将原来膨胀机停车时的密封气供应由仪表空气改为氮气,密封气回收气也由送到氮压机入口改为直接送出界区。在完成以上改造后,膨胀机堵塞的现象仍无法消除。而其他工艺参数皆正常,冷箱压力也正常,现场均未出现异常情况。由此可以判断是停车时外界二氧化碳侵入。 这种状况一直持续到1999年的3月,现场主换热器冷箱顶部突然持续喷出珠光砂。打开顶部可看到冷箱内珠光砂鼓泡,冷箱内发生了泄漏。由于生产的需要,没有立即停车,而是在这种情况下坚持了几天,以向后续工段提供氮气,然后做停车处理。随着长时间的故障运行,泄漏量也越来越大。 停车后检查,发现主换热器6组换热器发生了多处泄漏。最大的1块有碗口大,断面较深,像打磨一般。显然这种疤痕不是换热器本身原因造成的,而是由于泄漏后的长时间运行,冷箱内的珠光砂在气流的夹带下高速流动,像砂轮一般对换热器泄漏表面打磨形成的。而且漏点多发生在氮气及空气通道。通过对漏点进行补焊处理,开车后膨胀机再无堵塞现象发生。 这时,才找到了膨胀机堵塞的真正原因,是因为主换热器的泄漏造成的。在开始时漏点较小,泄漏量也极小,冷箱无异常现象。当时也没有想到会因为主换热器的泄漏而引起膨胀机堵塞,所以也没有检查主换热器冷箱内珠光砂的状况,延误了故障的判断及处理时间。 当空分设备停车时,由于冷箱密封不严,外界湿空气进入冷箱。珠光砂对湿空气中水分进行了一部分吸收,所以通过珠光砂层进入主换热器通道的湿空气中水分含量极少,冷开车时主换热器温度低,湿空气中的少量水和二氧化碳以结晶态颗粒析出。在开车阶段,返回塔内和送出界区的气体量很少,大量的气体通过氮压机、增压机和膨胀机循环,水及二氧化碳结晶颗粒被气体夹带流动循环,在膨胀机入口滤网处慢慢积累,导致滤网压差升高,气体流通量减少。而膨胀机复热后再开车时,由于主换热器各通道有压力存在,湿空气无法侵入,所以在复热后的再开车时不会发生堵塞现象。 2 3 处理措施 由于主换热器无备件可以更换,只好采取补焊的方法。一家有此类焊接经验的空分设备安装公司对漏点进行补焊,经过多次查漏,消除了所有漏点。补焊后效果挺好,再无气体向外泄漏。但对补焊周围钎焊处的影响无法评估。 3 主换热器内漏 3 1 故障现象 1999年对主换热器的漏点补焊后,空分设备开车时,当班操作人员经过长时间的调整,产品氮气纯度一直无法达到要求,即使再降低氮气产量、增大下塔回流量,也无任何效果。检查精馏系统所有的阀门、仪表,均运行正常;精馏塔压力、工况都正常;空分系统压力和流量也均正常;检查其他相关系统,也均未发现问题。手动分析的结果也是氮纯度低。出下塔压力氮氧含量一直在7×10-6左右波动,而高压氮氧含量达27×10-6左右。 3 2 故障原因 本次故障恰好发生在主换热器补焊后的第一次开车时,使原来对补焊后的担心变成了事实。由此,基本可以断定是主换热器又发生内漏而引起氮纯度下降。由于换热器的4股流体中两股的介质是氮气,另外两股分别是空气和污氮气。污氮气压力比压力氮低得多,不可能泄漏到氮气通道。空气压力比压力氮稍高,所以可以确定的是空气通道向压力氮通道泄漏。由于循环氮气有一部分进入下塔顶部作为下塔回流液的一部分,对下塔精馏产生影响,导致下塔顶部氧含量高。又由于这股被污染的液氮回流液进下塔部位比压力氮出口低,所以压力氮出下塔的纯度要比这股循环的氮气纯度高一些。出下塔顶部含氧量较高的压力氮(流量为213 5ｍ3/ｈ)通过主换热器换热,由于空气向压力氮通道泄漏,导致出主换热器的压力氮氧含量大幅增加。 3 3 处理措施 为确定到底是哪个换热单元发生泄漏,在压力氮出主换热器的6个支管上分别加了6个分析取样点,对压力氮出每个换热单元的氧含量进行分析,最终确定了氧含量高的换热单元为发生泄漏的换热器单元。更换了其中的3组换热单元,更换后氮气纯度恢复正常。 4 经验教训 (1)对于铝制钎焊板翅式换热器来说,安全性始终是要研究解决的问题,尤其是制造厂的质量把关,大多数的泄漏都是由制造缺陷引起的。 (2)由于化工厂的空分设备为单系列,并且后系统的特点是易燃、易爆及易中毒,在发生故障时往往不能立即停车处理。所以平时在空分设备管理时对一些未找到原因的故障更要加以重视,开拓思路,力求找到原因,并利用有限的停车时间进行处理。像这种找不到原因的小故障往往会造成大事故的发生。 (3)另外,当主换热器发生外漏时,珠光砂的高速流动对换热单元的冲刷也希望能引起空分行业的重视。 (4)钎焊板翅式换热器的外部补焊对周围的钎焊部位影响较大,发生泄漏后最好是运回换热器生产厂家进行修补。 |
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