蒸汽加熱器泄漏原因及在線處理方法

郭德銘

(河南煤業化工集團中原大化公司甲醇事業部，河南 濮陽　457000)

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蒸汽加熱器泄漏原因及在線處理方法

郭德銘

(河南煤業化工集團中原大化公司甲醇事業部，河南 濮陽457000)

摘要：通過對本公司蒸汽加熱器泄漏原因進行分析，利用帶壓開孔新技術對蒸汽加熱器進行不停車在線更換，避免了全裝置的停車事故，保證了大型空分裝置以及后續裝置的長周期穩定運行，并為同行提供了實際操作經驗。

關鍵詞：分子篩；蒸汽加熱器；帶壓開孔

河南能源化工集團中原大化公司甲醇空分項目，裝置采用杭氧股份公司設計的KDON-52000/611000型成套空分設備。該裝置自2007年11月試運行以來，多次出現因蒸汽加熱器泄漏造成的系統CO2超標現象。特別是最近兩年，臨近設計使用壽命末期，蒸汽加熱器泄漏更是給生產帶來了更多的影響。本文結合有關文獻，對設備泄漏原因進行分析，并對實際處理經驗進行總結。

1分子篩蒸汽加熱器運行工藝

本公司分子篩純化系統采用工藝成熟的臥式分子篩，蒸汽加熱污氮氣作為分子篩再生氣源。分子篩吸附器是成對交替使用，分子篩A工作時，分子篩B再生。吸附器再生前后分四步進行：泄壓、加熱、吹冷、充壓。在加熱過程中，從冷箱出來的污氮氣和從蒸汽管網過來的蒸汽在蒸汽加熱器中進行換熱，走管程的氣液混合物經氣液分離器分離蒸汽冷凝液去冷凝液儲罐，走殼程的污氮氣被加熱作為分子篩再生氣。

圖1　分子篩蒸汽加熱器運行工藝流程圖

2蒸氣加熱器存在的問題

2.1　蒸汽加熱器故障現象

2014年2月份，分子篩出口二氧化碳分析數據突然出現上漲現象，查閱分子篩二氧化碳分析出口表趨勢，發現開始出現波動并逐漸增大，由正常運行的小于1×10-6，在分子篩工作末期增加到2.3PM。我們做出了蒸汽加熱器泄漏的判斷。幾天后隨著漏量的增大，在分子篩工作末期出口二氧化碳分析上漲至10×10-6甚至超量程，CO2嚴重超指標。同時在分子篩加熱階段，再生在線水分析表由的正常值的小于1×10-6，上漲至超分析表量程。冷箱低壓換熱器壓差增大，上下塔阻力減小，氧純度下降，系統被迫降負荷運行。

2.2　對裝置的影響

因蒸汽加熱器蒸汽泄漏至熱的再生污氮氣中，造成再生污氮氣水份含量超標[1]，分子篩不徹底，造成分子篩吸附能力下降，工作時出口CO2含量上漲，干冰等雜質進入高、低壓換熱器及下塔，換熱器阻力增加，上、下塔阻力減少，產品產量下降。

由于再生污氮氣含有超標的水分，多余水分進入分子篩孔隙中，分子篩機械強度下降部分粉化，失去吸附能力，使用壽命大大降低，同時粉化的分子篩在氣流帶動下，易進入換熱器中，造成換熱器壓差增加。

分子篩吸附能力下降，通過分子篩的乙炔等碳氫化合物含量增加，降低了設備的安全系數。

2.3　泄漏后采取的措施

(1)增加分子篩再生污氮氣量，以降低污氮氣中蒸汽含量；

(2)提高加熱蒸汽溫度由至操作溫度上限，盡可能確保分子篩再生效果；

(3)降低循環水溫度，減少空氣中飽和含水量，以降低分子篩再生負荷；

(4)加強各項參數的監護工作，做好事故預案，避免事故擴大化。

3蒸氣加熱器常見泄漏原因

3.1　蒸汽加熱器簡介

蒸汽加熱器是用過使用高溫高壓的飽和蒸汽，進入加熱器管束管程，與來自殼程的污氮氣進行熱交換來加熱污氮氣的。目前國內大多已經使用上節能型蒸汽加熱器(如圖2所示)，經過加熱管束的飽和蒸汽在氣液分離器中進行氣液分離后，高溫的冷凝液再次返回蒸汽加熱器進入預熱管束，對污氮氣進行初步熱交換變成冷水流出。污氮氣經過預熱管束初步預熱，再通過加熱管束加熱到所需要的溫度后離開蒸汽加熱器，對分子篩進行加熱。節能型蒸汽加熱器充分利用蒸汽熱量，降低了綜合能耗，是目前國內較為主流的設備。

圖2　節能型蒸汽加熱器

3.2　常見泄漏原因

3.2.1管束泄漏

管束泄漏是在換熱器檢修中常見的現象，特別是在與污氮氣首先接觸的一側管束。我廠也對該區域泄漏管束進行了多次封堵處理，經過細致分析，判斷該位置管束泄漏主要有四個原因：

(1)污氮氣氣流沖刷引氣管束振動

蒸汽加熱器管束較長，污氮氣從一側高速通過，最外側管束迎風受力，隨著污氮氣流波動，管束也隨之振動。振動的管束與管束、固定管束的管板或折流板反復摩擦，壁面逐步減薄，最終導致管內通蒸后泄漏。

(2)反復加熱冷卻引氣材料疲勞

蒸汽加熱器是周期運行設備，整個管束與殼側溫差最大的位置對應的也是污氮氣進氣位置。管束經過頻繁加熱降溫，其自然膨脹或收縮受到約束產生熱應力，當應力累計到一定數值，材料本身就會發生塑性變形或蠕變，產生疲勞裂紋。

(3)材料自身及制造缺陷

材料自身及制造缺陷是設備生產常見問題。只能督促制造商加強對設備材料及產品質量的管控。

3.2.2管板泄漏

(1)蒸汽沖刷管板

相對于常見的殼程蒸汽加熱換熱器，污氮氣蒸汽加熱器蒸汽走管程。從主管來的蒸汽在封頭內被分配到更細的管束中，進氣方向不可避免對管板進行沖刷。管板焊縫在長時間周期性高溫蒸

汽沖刷下，容易造成脫落，開裂。

(2)水擊引起的震動

蒸汽加熱器工作初期，大量污氮氣進入換熱器，蒸汽量逐步增加，由于管束溫度較低，蒸汽部分在加熱管束中冷凝，從而造成水擊現象，引起管束震動，頻繁的震動會引起管束與管板焊縫開裂。

我公司根據運行參數及以往檢修經驗，判斷本次管束泄漏可能性較大。在優化工藝的同時，技術人員聯系加熱制造廠家訂購新的管束。由于新管束制作周期與生產需求時間的沖突，為避免非計劃停車帶來的損失，決定租賃兄弟廠家閑置蒸汽加熱器實施在線切換處理，并在新管束到貨后，擇機回裝管束。

4在線更換處理

4.1　實施方案

為不影響其他裝置生產運行，所有施工都在線進行。在線并裝設備屬空分廠首次嘗試，鑒于帶壓開孔施工單位具有較高相應安裝資質及相關施工經驗，經多次開會論證設備安裝及施工確定可行。租賃的加熱器配套空分產量大于我廠空分，滿足我廠生產需求，參照安裝建設要求及工藝需求，在原加熱器旁邊就近安裝。

原加熱器污氮氣進出口管線帶壓開孔，配管與新加熱器對應口相連。自北側低壓蒸汽管線開孔連接新加熱器蒸汽入口，底部冷凝液出口與氣液分離器入口相連。氣液分離器至原加熱器回收管線切斷，連接至冷凝液外排管線。新加熱器底部冷凝液出口焊接三通，增設一條就地排放管線。同時提高次中壓蒸汽壓力，滿足新舊加熱器使用要求。經過兩個周期運行，確定新加熱器能夠穩定使用，并滿足系統要求。為保障施工安全，系統冷吹階段在原加熱器污氮氣進出口法蘭插入盲板，

將故障加熱器切出。

原故障加熱器管束抽出后做氣密檢查，發現仍是污氮氣入口側管束開裂，經過堵漏后，作為應急備件入庫保存。

4.2　運行數據對比

表1

4.3　事故處理中的不足

(1)熱器設備結構認識不透徹，沒有及時準確分析判斷出蒸汽加熱器泄漏。

(2)分子篩出口二氧化碳含量開始上漲時沒有果斷采取降負荷措施，導致對分子篩吸附能力產生嚴重影響。

(3)分子篩出口二氧化碳含量嚴重超標時沒有果斷采取停車措施，導致高低壓換熱器通道堵塞，冷箱工況急速惡化。

5結束語

分子篩蒸汽加熱器采用在線處理的方法，能夠有效避免空分系統計劃外停車。我公司通過這次應急事故處理不但提高了操作人員應對復雜工況的能力和經驗，而且給本行業同行進行類似問題提供了借鑒的依據。

參考文獻：

[1]李艷兵，安志軍.空分裝置蒸汽加熱器泄漏的影響及處理[J].黑龍江科技信息，2013，(11)：1.

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煤 化 工

Leakage and In-service Treatment of Steam Heater

GUODe-ming

(Zhongyuan Dahua Company of Henan Energy Chemical Group，Puyang，457004)

Abstract：This article analyzes the reason of steam heater leakage and introduces the in-service replacement by use of perforating under pressure. This assures the long-time operation for large-scale air separation device.

Key words：molecular sieve；steam heater；perforating under pressure

中圖分類號：

文獻標志碼：A

文章編號：1003-6490(2015)01-0045-03

作者簡介：郭德銘(1971-)，男，河南濮陽人，化工工藝工程師，1994年畢業于河南省化工學校，現為河南能源化工集團中原大化公司甲醇事業部副總經理。

收稿日期：2014-12-20