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冷凝器廠(chǎng)家,不銹鋼冷凝器,冷凝器生產(chǎn)廠(chǎng)家_山東淄博千盛化工設備有限公司

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聚乙烯裝置中不銹鋼冷凝器泄漏原因分析

http://www.lotsoflaughing.com 發(fā)布日期:[ 2018年11月23日 ]

某廠(chǎng)氯乙烯裝置急冷塔氣不銹鋼冷凝器泄漏,造成設備腐蝕,裝置停車(chē)。通過(guò)對不銹鋼冷凝器管束進(jìn)行宏觀(guān)檢查、冷卻水水質(zhì)分析等方法,對其泄漏原因進(jìn)行分析并提出針對性的防范措施,有效保證了裝置安全穩定生產(chǎn)。

1、急冷塔氣不銹鋼冷凝器基本情況

急冷塔氣不銹鋼冷凝器結構形式為固定管板式換熱器,規格參數為覫1300mm×19mm×10197mm,換熱面積772.6m2,殼程和管程的材質(zhì)皆為碳鋼。具體運行參數見(jiàn)表1。2017年9月22日發(fā)現20TT402A循環(huán)水側pH值在線(xiàn)分析儀數值急劇下降,之后幾小時(shí)內循環(huán)水側溫度明顯上升,判斷設備泄漏,對不銹鋼冷凝器堵管試壓消漏,監控運行。10月12日發(fā)現20TT402B循環(huán)水pH值急劇下降,緊急停車(chē),由于泄漏較多,更換備用換熱器。

表1 急冷塔氣不銹鋼冷凝器運行參數

2急冷塔氣不銹鋼冷凝器腐蝕情況分析

2.1介質(zhì)造成的腐蝕

不銹鋼冷凝器工藝介質(zhì)含有無(wú)水HCl,通過(guò)比較,各工藝專(zhuān)利商在此設備的選擇上均選擇了碳鋼材質(zhì)。通過(guò)對不銹鋼冷凝器管板和被腐蝕掉的換熱管內壁檢查,并無(wú)明顯的腐蝕,由于換熱管內介質(zhì)的流動(dòng)性好,微量水分在管內淤積的可能性很小,從換熱管內部向換熱管外腐蝕的可能性很小。將已經(jīng)失效換熱管切開(kāi)觀(guān)察其內壁形貌,可以基本排除管程側工藝介質(zhì)腐蝕的可能。

設備殼程側為循環(huán)水,切開(kāi)20TT402B北端筒體后發(fā)現,設備頂部的換熱管雖然未有大量酸浸泡產(chǎn)生的腐蝕至穿孔,但設備的表面金屬光澤已經(jīng)基本看不見(jiàn),有兩種可能:一是該換熱器的殼程全部遭受過(guò)酸的侵蝕;二是循環(huán)水中有可能存在對碳鋼快速腐蝕的介質(zhì)。查閱循環(huán)水污垢沉積率、碳鋼掛片腐蝕率統計數據,指標均小于循環(huán)水控制指標。并且循環(huán)水系統為新建裝置,運行周期不到一年,除水中含有泥沙外,其他指標及填料、旁濾等運行情況良好,可見(jiàn)循環(huán)水水質(zhì)不是導致泄漏的直接原因。

換熱器折流板采用雙弓形水平切口,換熱器循環(huán)水出口端底部較后一塊折流板與管板之間存在一個(gè)死區,在此區域,換熱器底部大約12層換熱管被淤泥所覆蓋,此部分換熱管已經(jīng)大量腐蝕。通過(guò)查看腐蝕點(diǎn)的情況,可以判斷是由于外表面腐蝕造成的表面腐蝕直至較終穿孔。該部分換熱管大量腐蝕的原因可能是在中部的換熱管腐蝕穿透后,工藝側介質(zhì)泄漏到循環(huán)水中,由于死區及淤泥的存在,工藝側泄漏的HCl不能被循環(huán)水或后期沖洗水帶走,大量腐蝕性鹽酸殘存在淤泥中,碳鋼材質(zhì)的換熱管浸泡在含鹽酸淤泥內造成嚴重的次生腐蝕。

2.2不銹鋼冷凝器管束振動(dòng)問(wèn)題

在介質(zhì)有相變或流體的介質(zhì)擾動(dòng)頻率與不銹鋼冷凝器管束固有頻率接近或周期頻差時(shí),換熱器管束振動(dòng)導致的換熱管損壞。有兩種可能:一是由于設計時(shí)換熱管未支撐距離過(guò)長(cháng);二是換熱管與折流板的配合間隙過(guò)大致使該部位支承不起作用,其結果同未支撐距離太長(cháng)一致。

換熱管的高頻振動(dòng),在換熱管與折流板配合接觸部位或者管板與換熱管配合接觸部位,發(fā)生磨蝕或不斷高頻碰擦使金屬材料硬化加劇,較終會(huì )導致材料脆性斷裂,通常會(huì )先產(chǎn)生一個(gè)徑向的凹槽,后逐漸減薄,較終局部穿孔或斷裂。換熱器的設計除了遵循GB/T151-2014《熱交換器》標準規定無(wú)支撐距離較大限值和管板與換熱管及折流板的配合公差外,還有換熱器設計專(zhuān)用軟件,對不合理布置,若有振動(dòng)會(huì )預警提示設計人員作相應的調整,直至確保換熱器的管束不出現振動(dòng),設計條件已經(jīng)避開(kāi)振動(dòng)布置,設計圖紙也是符合GB151-1999《管殼式換熱器》(之前舊版標準)有關(guān)規定,所以基本排除設計先天不足因素。

設計圖紙上的尺寸和制造公差本身沒(méi)問(wèn)題,但制造的實(shí)物控制也是很重要的質(zhì)量管控環(huán)節。當換熱管與折流板配合間隙過(guò)大,尤其是靠近兩側管板的、二兩組折流板在制造的過(guò)程中,某個(gè)管孔的正偏差過(guò)大,導致?lián)Q熱管未能獲得很好的支撐,則換熱管有可能產(chǎn)生劇烈振動(dòng)導致?lián)p壞。表現出特征是個(gè)別換熱管的失效。通過(guò)對不銹鋼冷凝器的結構分析:在不銹鋼冷凝器循環(huán)水出口端,有可能因這個(gè)問(wèn)題造成損壞的換熱管位于13~43層(由下往上),損壞位置為靠近北端的位置,距離管板約1.3m處。不銹鋼冷凝器循環(huán)水進(jìn)口端,較有可能因振動(dòng)造成損壞的位置是換熱管0~11層(由下往上),靠近南端管板或距離管板約1.2m處。這是因為該兩部位部分換熱管無(wú)支承距離較大,若還因換熱管與折流板配合間隙過(guò)大存在的話(huà),無(wú)疑加大無(wú)支撐跨距。在已失效兩臺不銹鋼冷凝器來(lái)看,在位于循環(huán)水出口端管板和第二折流板區域內的中部或中上部腐蝕的個(gè)別換熱管失效導致泄漏。

2.3設備本體材料或制造缺陷的影響

觀(guān)察了20TT402B的管板,并無(wú)明顯的焊接、制造缺陷。轉動(dòng)該設備的換熱管,大部分比較緊實(shí),說(shuō)明折流板的開(kāi)孔多數應該能滿(mǎn)足要求,但無(wú)法排除個(gè)別開(kāi)孔偏差過(guò)大或換熱管的幾何尺寸偏差過(guò)大的可能。也發(fā)現折流板上下應有的排氣和排污口實(shí)物沒(méi)有加工(圖紙有設計),這可能會(huì )導致?lián)Q熱器不凝氣排放不徹底,折流板間無(wú)法正常排污,影響換熱器換熱效率,同時(shí)不銹鋼冷凝器位于框架三層平臺處,循環(huán)水進(jìn)裝置末端,循環(huán)水流速較低,易引起循環(huán)水側污垢沉積,并造成換熱死區的進(jìn)一步加劇。

觀(guān)察被腐蝕掉的換熱管,除了表面的點(diǎn)蝕外,還出現了經(jīng)向的溝槽狀腐蝕,并且換熱管金屬組織出現碳化現象(金屬中的碳以石墨形式析出),該換熱管的材料本身存在一定缺陷,金屬組分不均勻或有夾雜物。

3不銹鋼冷凝器泄漏防范措施

3.1工藝指標監控

工藝介質(zhì)中含有HCl,應注意工藝側的手動(dòng)取樣及在線(xiàn)水分分析儀表的數據。當水分含量達到20×10-6以上時(shí),就會(huì )對碳鋼設備產(chǎn)生腐蝕,所以時(shí)刻控制系統內物料的水分含量。

對于工藝介質(zhì)側壓力高于公用物料側的換熱器來(lái)說(shuō),應注意公用物料側的手動(dòng)取樣及在線(xiàn)分析儀表的數據。循環(huán)水側設置有pH值在線(xiàn)分析儀和手動(dòng)取樣分析點(diǎn)。因循環(huán)水中不可能存在VCM,故而可以通過(guò)定期手動(dòng)取樣分析循環(huán)水中的VCM含量來(lái)判斷是否有泄漏。在剛開(kāi)始出現泄漏的時(shí)候,因有大量循環(huán)水在殼側流動(dòng),pH值在線(xiàn)分析并不能馬上表現出pH值急劇下降,但通過(guò)仔細觀(guān)察pH值分析儀的趨勢,可以判斷出泄漏情況,在確認pH值儀完好情況下,當pH值有逐步連續下降的趨勢,表明已經(jīng)存在工藝介質(zhì)竄到循環(huán)水系統,換熱器已泄漏,而當pH值急劇下降,則表明換熱器有的換熱管已經(jīng)嚴重破裂或斷管。兩種方式相結合,可以早期預判輕微泄漏,從而避免泄漏和腐蝕的大面積擴散,造成更大次生腐蝕失效,防止設備的嚴重損壞,亦可減少對系統的沖擊。

3.2循環(huán)水管理

該項目中,不銹鋼冷凝器殼程側走循環(huán)水,并且設計為固定管板式換熱器,無(wú)法進(jìn)行機械清洗,化學(xué)清洗并不能達到很好的效果,為延長(cháng)換熱器的使用壽命,首先應注意循環(huán)水水質(zhì)的控制,對進(jìn)入界區的循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行定期的分析;其次,應注意設備殼側底部的排污,建議采用脈沖式排污,即定期開(kāi)啟排污閥進(jìn)行排污,以減少雜質(zhì)在換熱器底部的淤積;加強記錄和觀(guān)察換熱器循環(huán)水進(jìn)出口溫度,分析換熱器的換熱效率,即使無(wú)法徹底清洗污垢,也做到有計劃預防性維護。較后,循環(huán)水首次系統使用清洗預膜質(zhì)量很重要;在有條件的情況下,建議對換熱器進(jìn)行換熱管外防腐處理,以延長(cháng)使用壽命。

3.3備用設備的監造

應加強對新定制備用設備的監造。注重換熱器的材料,尤其是管板、換熱管及其的焊接材料;管板和折流板上換熱管孔的機加工、尺寸精度和換熱管本身的精度;換熱管組配避免強力組配;管板與換熱管焊接質(zhì)量,包括幾何尺寸控制、坡口附近和貼脹區域表面質(zhì)量、焊接工藝、焊接手段、焊縫檢查等;機械性表面損傷等。

4結語(yǔ)

針對急冷塔氣不銹鋼冷凝器20TT402A/B發(fā)生換熱管束泄漏,通過(guò)對不銹鋼冷凝器管束進(jìn)行宏觀(guān)檢查、冷卻水水質(zhì)分析等方法,并從介質(zhì)、管束振動(dòng)問(wèn)題以及設備本身制造缺陷方面進(jìn)行逐一分析,判定是振動(dòng)造成損壞及熱管的材料本身存在缺陷引起泄漏。同時(shí)管束內鹽酸泄漏至循環(huán)水中,殘存在聚結淤泥中,加劇管壁、管板等泄漏部位的腐蝕速率,造成嚴重的次生腐蝕。

為應對管束泄漏提出了幾點(diǎn)防范措施,加強不銹鋼冷凝器出口處循環(huán)水取樣及在線(xiàn)分析,循環(huán)水水質(zhì)的監控,定期脈沖式排污以及加強對備用設備的監造等防范措施,確保裝置長(cháng)周期安全穩定運行。

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