一段爐燃料氣預(yù)熱器內(nèi)漏原因分析及處理

曾曉波，符鵬飛

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

1 概 述

中海石油化學(xué)股份公司富島一期合成裝置采用ICI－AMV工藝，以天然氣為原料氣，生產(chǎn)能力1 000t／d。該裝置自1996年10月投產(chǎn)以來，運行穩(wěn)定，能耗低。裝置工藝?yán)淠夯厥詹捎玫氖堑蛪浩峒夹g(shù)，設(shè)計處理能力為33.7t／h，汽提塔為浮閥塔，浮閥為不銹鋼材質(zhì)304（即18／8不銹鋼）。燃料氣預(yù)熱器是回收汽提后的工藝?yán)淠簾崃康脑O(shè)備，為U型換熱器，管材為碳鋼A179；工藝?yán)淠鹤邠Q熱器殼程，設(shè)計壓力為0.28MPa，燃料氣走管程，設(shè)計正常值為0.2MPa，此壓力帶導(dǎo)壓聯(lián)鎖，聯(lián)鎖動作將引起一段爐跳車。燃料氣預(yù)熱器起到了節(jié)能降耗的作用，它工作的好壞直接影響到一段爐的工況。

2 流程簡述

裝置產(chǎn)生的工藝?yán)淠涸?5C003通過低壓蒸汽汽提，汽提的不凝性氣體在05F101放空，05C003汽提后的冷凝液（設(shè)計145℃）將燃料氣在預(yù)熱器03E003預(yù)熱后，再與進(jìn)入系統(tǒng)的工藝?yán)淠簱Q熱，最后送往脫鹽水崗位回收。經(jīng)03E003預(yù)熱后的燃料氣送往一段爐對流段盤管03B002E06預(yù)熱，預(yù)熱后溫度為TI03009（設(shè)計為300℃），然后供各燒嘴燃燒使用。流程如圖1所示。

圖1 工藝?yán)淠禾幚砹鞒虉D

3 問 題

（1）近幾個月，工藝人員發(fā)現(xiàn)一段爐工況不好控制，在滿足一段爐各控制指標(biāo)時，燃料氣用量有所增加，由正常工況的約6.5km3／h增加到6.7km3／h，每小時耗天然氣增加約200m3。

（2）2011年11月17日14時26分，一段爐燃?xì)鈮毫V03001迅速上漲，觸發(fā)壓力高聯(lián)鎖PSHH03001，一段爐跳車。

在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，燃?xì)夤芫€PV03001閥后管線溫度較高（正常時，該閥門為節(jié)流閥，閥后管線溫度低于常溫），打開導(dǎo)淋，有大量水排出（圖2），判斷03E003存在內(nèi)漏。組織搶修。

4 搶修情況

確認(rèn)燃料氣預(yù)熱器03E003內(nèi)漏后，工藝人員對燃?xì)夤芫€進(jìn)行隔離，燃?xì)夤芫€排水，并進(jìn)行氮氣置換，合格后交出。同時，一段爐燃?xì)饪偣軐?dǎo)淋打開檢查，有部分水汽排出。

圖2 調(diào)節(jié)閥后導(dǎo)淋排水圖

05E003停止運行，隔離相關(guān)管線，拆除03E003封頭，進(jìn)行查漏，發(fā)現(xiàn)1根列管存在泄漏（圖3）。隨后對03E003進(jìn)行抽芯，發(fā)現(xiàn)殼側(cè)進(jìn)液口對應(yīng)列管上部布滿了05C003塔內(nèi)的浮閥，浮閥堆積部位出現(xiàn)局部腐蝕狀。同時，在一根列管上發(fā)現(xiàn)兩處漏點。

處理 清理堆積的浮閥，對泄漏的換熱管進(jìn)行了堵漏，完畢后試漏，無問題后開車，19日，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

圖3 換熱器管束漏點圖

5 原因分析

5.1 引起跳車的原因分析

03E003殼程工作壓力0.28MPa，管程工作壓力為0.2MPa，當(dāng)換熱器內(nèi)漏時，殼程的工藝?yán)淠簳孤┑焦艹痰娜細(xì)饬泄埽┝枯^小的時候，工藝?yán)淠簳M(jìn)一段爐燒嘴，造成燒嘴燃燒不好，燃?xì)庥昧吭黾印．?dāng)泄漏量較大的時候，工藝?yán)淠簳赑V03001閥后積累，堵塞管道（PV03001正好是一個泄壓閥，閥前壓力為2.5MPa）；而一段爐燃?xì)鈮毫β?lián)鎖導(dǎo)壓管在PV03001閥口，當(dāng)積累的冷凝液達(dá)到一定量時，燃?xì)鈮毫y量值達(dá)到聯(lián)鎖值，觸發(fā)一段爐停車。所以，在停車的時候，PV03001閥后管線在導(dǎo)淋打開后有大量冷凝液排出。

5.2 換熱器內(nèi)漏原因分析

通過換熱器抽芯后的檢查，我們進(jìn)行了事故分析討論，造成03E003內(nèi)漏的原因分客觀原因和主觀原因。

（1）客觀原因——不銹鋼浮閥與換熱器管束發(fā)生電化學(xué)腐蝕（圖4）。

圖4 浮閥與管束發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)處照片

電化學(xué)反應(yīng)是不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化。這樣的腐蝕即為電化學(xué)腐蝕。

由于汽提塔05C003塔盤與浮閥的配合間隙加大，浮閥易從塔盤上脫落，隨工藝?yán)淠哼M(jìn)入底部管道，并進(jìn)入下一個設(shè)備03E003。

由于03E003的管束上用防沖刷的板（圖5），在設(shè)計上與相鄰定距板的間距過小（設(shè)計缺陷），并恰好能放下一個浮閥（見圖4），這使得浮閥隨工藝?yán)淠毫魅氪颂幒螅ㄔ诖颂帲灰蚋￠y材質(zhì)為304，而換熱管材為A179（相當(dāng)于國產(chǎn)牌號20＃），碳鋼與不銹鋼存在電位差；且長期卡在此處的浮閥，其銳角處與換熱管必然產(chǎn)生劃痕。

圖5 管束防沖刷板照片

汽提后的工藝?yán)淠褐泻蠧O2－3、Cl－、Fe2＋等雜質(zhì)，設(shè)計pH值為9.6，滿足電解液的條件，再加上碳鋼與不銹鋼存在電位差，從而形成電化學(xué)腐蝕；日積月累，以至于碳鋼的劃痕將慢慢地擴(kuò)大，并終將形成穿孔，導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)漏。

一些原因又加劇了電化學(xué)腐蝕：① 開停車期間，系統(tǒng)產(chǎn)生的工藝?yán)淠毫康牟▌樱|(zhì)較差，再加上蒸汽供應(yīng)緊張，造成汽提后的工藝?yán)淠汉s偏高；② 現(xiàn)有工況中，由于鍋爐給水預(yù)熱器內(nèi)漏，造成工藝?yán)淠毫吭黾樱稍O(shè)計的33.7t／h上升到50t／h以上，汽提塔超負(fù)荷運行，03E003殼測冷凝液流速加快，從而對換熱器管束的沖擊也更大。

（2）主觀原因。03E003自2004年以來，未檢修過。因是低壓設(shè)備，未引起管理人員的重視，存在管理上的盲區(qū)。在2009年底大修，打開05C003人孔，發(fā)現(xiàn)有100多個浮閥脫落（圖6），只是進(jìn)行重新補(bǔ)裝，沒有考慮到脫落的浮閥進(jìn)入到燃料氣換熱器03E003內(nèi)。

圖6 2009年大修時浮閥脫落照片

6 糾正措施

（1）大修期間對05C003塔盤進(jìn)行國產(chǎn)化改造，將塔盤厚度由2mm增加到3mm，并將塔盤進(jìn)行加固，以防止螺栓螺母脫落。同時，在底部出口分布器四周加裝網(wǎng)罩，防止浮閥及螺栓螺母進(jìn)入管道。

（2）大修期間，對03E003徹底檢查，包括采用渦流檢測，以確定換熱列管是否存在腐蝕減薄的現(xiàn)象。并對03E003進(jìn)出口管道進(jìn)行排查，清除異物。

（3）對于類似于03E003的設(shè)備，要舉一反三。碳鋼與不銹鋼材料組對焊接要嚴(yán)格禁止，已經(jīng)存在的，要限期整改。

7 防止電化學(xué)腐蝕的方法

電化學(xué)腐蝕威脅著設(shè)備的安全運行，尤其是在老裝置中，這種威脅更大，那如何防止這類腐蝕的發(fā)生呢？

（1）添加緩蝕劑法。在腐蝕介質(zhì)中添加一種在很低的濃度下能抑制金屬腐蝕的物質(zhì)（稱緩蝕劑）的防蝕方法。據(jù)化學(xué)組成可分為無機(jī)緩蝕劑和有機(jī)緩蝕劑兩大類。

（2）采用電化學(xué)保護(hù)法。由電化學(xué)腐蝕的機(jī)理可知，受腐蝕的材料是腐蝕電池的陽極。由此人為地采取措施，使被保護(hù)的金屬成為腐蝕電池的陰極，或者通過陽極極化，使被保護(hù)金屬鈍化而免遭腐蝕。

（3）在金屬表面涂保護(hù)層。分金屬保護(hù)層和非金屬保護(hù)層，金屬保護(hù)層包括電鍍、熱鍍、熱噴渡、化學(xué)鍍、滲渡等；非金屬保護(hù)層包括在金屬表面涂上油漆、搪瓷、塑料、瀝青、高分子材料等。兩類保護(hù)層都是使金屬與腐蝕介質(zhì)隔開，可達(dá)到防蝕的目的。

（4）正確選用金屬材料和合理設(shè)計金屬結(jié)構(gòu)。在設(shè)計和制造產(chǎn)品或構(gòu)件時，應(yīng)選擇具有耐蝕性的材料，同時還必須根據(jù)使用條件全面綜合考慮各種因素，如機(jī)械性能、加工性能及機(jī)件本身的價格問題。在產(chǎn)品設(shè)計階段，應(yīng)進(jìn)行合理的防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計，正確選用材料和防護(hù)系統(tǒng)；在設(shè)計生產(chǎn)設(shè)備時，盡量使設(shè)備尺寸留有余量，設(shè)備結(jié)構(gòu)形式力求簡單，盡量避免設(shè)備上存在縫隙，避免引起電偶腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

總之，選用適當(dāng)?shù)母g控制技術(shù)，可以最大限度地減輕由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會危害。金屬防腐蝕科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，大大減少了金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失。但金屬腐蝕問題需從根本上予以解決。普通的防腐蝕措施只能盡量減少金屬腐蝕卻不能使其不發(fā)生，解決金屬腐蝕問題最重要的是改進(jìn)材料，生產(chǎn)制造既無腐蝕性又具有較低成本且有金屬的各種優(yōu)良特性的材料。

8 結(jié) 語

燃料氣預(yù)熱器經(jīng)過緊急搶修重新投用后，一段爐工況明顯得到了改善，燃料氣用量也回到了正常范圍內(nèi)，這對于裝置的節(jié)能降耗，長周期運行有著重要意義。

從燃料氣預(yù)熱器內(nèi)漏導(dǎo)致一段爐停車的事故中，給我們帶來了啟示：大的隱患往往是從小的隱患開始的，通過日積月累，終釀成大禍。為了裝置的長、滿、優(yōu)生產(chǎn)，需要機(jī)、電、儀、工藝各工種通力合作，這樣，設(shè)備才能處于良好的工作狀態(tài)，企業(yè)才會取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］中國石油化工集團(tuán)公司人事部.合成氨裝置操作工 ［M］.北京：中國石化出版社，2008.

［2］ICI－AMV工藝1 000t／d合成氨裝置操作規(guī)程.2007.