煉油化工設備換熱器的密封泄漏問題及其處理措施

李永春

（大慶煉化公司聚合物一廠乙腈車間，黑龍江 大慶 163000）

換熱器是將冷、熱流體的部分能量互相傳遞給流體的設備，又稱熱交換器。換熱器在石油化工、煤化工、鹽化工及熱電廠等工業系統中的用量非常大。在生產過程中，由于換熱器管束所接觸的介質比較復雜，往往具有高溫(近 1000℃)、高壓(2500MPa)、高流速、強腐蝕等特點，因此常常出現沖刷泄漏和腐蝕泄漏。

1 換熱器在煉油化工工藝中的應用

換熱器在化工生產中常用于物料的加熱、冷卻或蒸發過程，按其用途或換熱目的分為加熱器、冷卻器和冷凝器；按換熱方法分為間壁式、混合式和蓄熱式；按傳熱面結構分為管式和板式等。換熱器在運行中需注意事項有:①換熱器在新安裝或檢修完之后必須進行試壓后才能使用。②換熱器在開工時要先通冷流后通熱流，在停工時要先停熱流后停冷流，以防止不均勻的熱脹冷縮引起泄漏或損壞。③固定管板式換熱器不允許單向受熱，浮動式換熱器管、殼兩側也不允許溫差過大。④啟動過程中，排氣閥應保持打開狀態，以便排出全部空氣，啟動結束后應關閉。⑤如果使用碳氫化合物，在裝入碳氫化合物之前應用惰性氣體驅除換熱器中的空氣，以免爆炸的可能性。⑥蒸汽加熱器或停工吹掃時，引汽前必須切凈冷凝水，并緩慢通汽，防止水擊。換熱器一側通汽時，必須把另一側的放空閥打開，以免憋壓損壞。關閉換熱器時，應打開排氣閥及疏水閥，防止冷卻形成真空損壞設備。⑦空冷器使用時要注意各部分流量均勻，確保冷卻效果。⑧經常注意監視防止泄漏。

2 煉油化工設備換熱器的密封泄漏問題

2.1 換熱器表面的腐蝕磨損

腐蝕介質與金屬構件的表面，相對運動速度較大，導致構件局部表面遭受嚴重的腐蝕損壞，這類腐蝕稱為磨損腐蝕，簡稱磨損。造成腐蝕損壞的流動介質，可以是氣體、液體或含有固體的顆粒、氣泡的氣體等。磨損腐蝕，是高速流體對金屬表面已經生成的腐蝕產物的機械沖刷作用和新裸露金屬表面的腐蝕作用的綜合。

由于石油化工中的生產介質，往往具有一定的粘連性。為了防止介質沉淀結垢，要求介質流速大于2m/s。高速流體，特別是含有固體細粒、氣泡的高速流體沖刷傳熱面，引起局部表面的壓力可達數十兆帕，從而造成了金屬表面的疲勞剝蝕。雖然在設計中，為了防止流體進入到殼體時，使管子直接受到沖擊或沖刷，在殼體進口處的管束上安裝了防沖板，但由于流體或是固體顆粒的長時間沖刷，防沖板也會發生損壞。另外，由于振動或微振動的原因，也常使折流板管孔處受到磨損。磨損腐蝕的外在特征常常呈現馬蹄形的凹槽或深谷形狀，一般按流體的流動方向切入金屬表面。

2.2 沉積物引起的電化學腐蝕

當介質流動不均或滯留時，很容易在換熱管表面形成沉積物。由于沉積物是不連續不牢固且不均勻的，在某些部位形成了裂縫和間隙，由于縫內外氧的差異而形成了電化學腐蝕。包括:陽極氧化反應，金屬溶解；陰極還原反應，還原為(中性或堿性溶液)；陰極還原反應，還原為(酸溶液)；同時，由于腐蝕產物的存在，導致了縫內外的電化學不均勻性，從而引起了更大的腐蝕。

2.3 換熱管水側的腐蝕

由于換熱器常用水做為熱交換介質，因此水的腐蝕不容忽視。水的腐蝕主要是由于水中 pH值降低、水汽滲透、溶解氧的存在，以及水中有害的陰離子(Cl－，S2－等)侵蝕，而引起的化學或電化學腐蝕。因此，換熱管表面防腐要求是:防腐表面具有良好的附著力、導熱性、耐溫變性和較大的硬度。同時要求有優良的耐化學離子侵蝕能力、較高的抗水汽滲透能力和一定的阻垢性。

2.4 密封材料失效

管箱密封部位的密封面形式為凹凸面密封，密封墊片類型為金屬包石棉墊片。金屬包石棉墊片結構主要由兩部分組成。金屬外殼部分常采用 0.35mm左右的鐵皮(馬口鐵)或合金鋼(1Cr131Cr18Ni9Ti)及鋁銅等材料構成，金屬包石棉墊片的制作標準一般也是貼近石棉墊片的制作標準或依照特定密封面尺寸標定但寬度不宜過大，其截面形狀主要以平墊片和波形墊片兩種。由于石棉板的強度較低易松散或折斷，墊片的制造質量對墊片使用的和密封性能的影響較大，該種墊片由于需要的預緊力較大所以一般應用于法蘭口較大的設備口位置。該種墊片在安裝過程中對法蘭和安裝要求較高，但由于石棉板壓縮彈性小、補償余地小密封性能不好，當鐵包墊片放置位置不好時或把緊力矩不均時都有可能引起在設備運行過程中發生泄露，所以該種墊片有逐漸被纏繞墊片取代的趨勢。

3 處理措施

3.1 換熱器防腐涂料及其應用

一層相當薄的金屬涂層和無機涂層，能夠在金屬和環境之間提供有效的屏障，這就是這類涂層的主要作用 (除了鋅一類的犧牲涂層外)。金屬涂層(或稱鍍層)的施工方法有:電鍍火焰噴涂、包鍍、熱浸和蒸汽鍍。無機涂層的施工方法有:噴涂、滲鍍、或化學轉化。噴涂后通常在高溫烘烤。金屬涂層往往顯現出一些可變形性，而無機涂層則很脆，兩種涂層都必須具有完全隔離的作用，如果存在微孔或其他缺陷，則由于電偶效應，將引起金屬局部腐蝕的加速。

CH-784防腐涂料系環氧氨基涂料，其特點是:耐腐蝕性能好，耐大多數酸堿，耐水，耐溶劑，耐溫可達200℃；漆膜物理機械性能好，硬度大，表面光滑，附著力強，抗沖擊，抗摩擦。因此，對水中不溶物摩擦力小，水垢及雜質被流動的冷卻水帶走，不易附著管壁。漆膜有明顯防腐阻垢作用；CH-784防腐涂料底漆面漆含有金屬顏料，導熱系數大，漆層薄80～250μm。漆層熱阻只有 1.66×104M2h℃/kcal，不生銹不結垢，增加水的流速，提高換熱效果。

3.2 綜合性密封改良方案

通過改換密封墊片類型改善連接密封性能由于設計原選擇的密封墊片等級較低不能適用高溫頻變工況，所以改選金屬纏繞墊片代替原使用的鐵包石棉墊片。在相同的工況和受力情況下金屬纏繞墊片的相對剛度值要比鐵包石棉墊片的相對剛度小很多，螺栓和密封墊片的受力變形變化情況在改換金屬纏繞墊片后有明顯改善。

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