變換系統氣氣換熱器泄漏原因分析及防范

李 響

(晉煤天源化工有限公司山西高平048400)

變換系統氣氣換熱器泄漏原因分析及防范

李 響

(晉煤天源化工有限公司山西高平048400)

晉煤天源化工有限公司于2005年建成投產的2套180 kt/a合成氨裝置采用常壓固定層造氣工藝，經預脫硫、壓縮進入變換系統。變換系統原先采用鈷鉬耐硫兩段低溫變換工藝，于2014年10月將原有的廢熱鍋爐流程改造為噴水流程，并增加1臺預變換爐。

1 變換工藝流程

壓縮系統來的半水煤氣[溫度40 ℃、壓力3.55 MPa(絕壓)]，先進入油分離器、油吸附器凈化除油，然后進入氣氣換熱器(A和B，1開1備)與第2變換爐來的變換氣換熱至130 ℃，再進入主熱交換器與中壓廢熱鍋爐出口變換氣換熱至200 ℃，添加蒸汽后進預變換爐進行變換反應。預變換爐出口變換氣(溫度約377 ℃、CO體積分數約15%)經增濕器噴水降溫至200～210 ℃進第1變換爐繼續進行變換反應。

第1變換爐出口變換氣(溫度約300 ℃、CO體積分數約5%)先進入中壓廢熱鍋爐換熱副產蒸汽，再進主熱交換器與煤氣換熱至190 ℃后進入第2變換爐。第2變換爐出口變換氣(溫度約218 ℃、CO體積分數約2%)分成2股，其中一股50%～60%進入氣氣換熱器預熱煤氣，另一股約40%～50%進入鍋爐水加熱器將冷激水加熱至約150 ℃；混合后的氣體(130 ℃)先進入脫鹽水加熱器回收余熱并降溫至約70 ℃，最后進入終冷器降溫至<40 ℃去下工段。

2 事故過程

B氣氣換熱器從2016年1月4日開始投運至2016年3月初運行2個月左右，因其阻力增大需隔離清洗。2016年3月11日9：50，打開A氣氣換熱器管程、殼程出口閥以及管程、殼程進口放空閥進行置換；10：00，中控顯示系統出口工藝氣中CO含量在線分析數據突然超過滿量程3.6%(體積分數)，且后系統雙甲工段甲烷化塔催化劑溫度較快上升而超溫，被迫降低系統負荷；初步判斷是由于A氣氣換熱器內漏，管程內進口氣體直接竄入殼程的出口工藝氣里，出口工藝氣CO含量急劇增加而致使后系統雙甲工段甲烷化塔催化劑溫度超溫。立即將A氣氣換熱器管程、殼程出口閥及管程、殼程進口放空閥關閉并進行隔離，隔離后出口工藝氣CO含量逐漸恢復正常，由此斷定A氣氣換熱器內漏。將A氣氣換熱器與系統隔離拆下進行打壓試漏，將水灌入A氣氣換熱器殼程內，還未升壓就發現水從管程內大量泄漏出來，觀察發現A氣氣換熱器泄漏很嚴重，管板與管束間已出現裂紋，無法繼續使用。

3 原因分析

(1)改造前，變換系統A氣氣換熱器(立式Φ900 mm×7 351 mm，212 m2)殼程進口為第1變換爐出口工藝氣，殼程出口為第2變換爐進口工藝氣，即使氣氣換熱器部分泄漏，導致氣氣換熱器出口工藝氣中CO指標升高，但是第2變換爐還能起到把關作用，系統出口工藝氣中CO指標會升高，但不會導致急劇升高，有調整的時間和手段。改造后，變換系統氣氣換熱器殼程進口為第2變爐出口工藝氣，殼程出口為變換系統出口工藝氣，氣氣換熱器一旦泄漏，系統進口工藝氣就直接竄至系統出口工藝氣中，直接導致變換系統出口工藝氣中CO含量急劇升高，即沒有調整的時間和手段。

(2)A氣氣換熱器未投用期間，由于在冬季需要對其進行防凍保護，殼程進口閥需稍開一點，殼程出口導淋閥打開排液，可能是此氣氣換熱器內漏的原因之一。半水煤氣進入變換爐的溫度應控制在露點溫度20 ℃以上，可防止因工藝操作波動造成水析出。變換氣在降溫至露點溫度操作區時，不斷析出的酸性冷凝液會對管道造成腐蝕。變換爐出口氣體管道在高溫、臨氫環境下操作，會產生氫侵蝕，同時變換氣中含量較高的H2S在高溫下會造成鋼材表面的均勻腐蝕。由于氣體中含有H2S，CO2和HCN等有害酸性氣體，會對設備和管道造成腐蝕。

(3)A氣氣換熱器為新更換管束和管板的尚未投用設備，將此換熱器返廠進行修復和檢測，經檢測設備腐蝕為晶間腐蝕。這種腐蝕是在金屬(合金)表面無任何變化的情況下，使晶粒間失去結合力，金屬強度完全喪失，導致設備突發性破壞。許多金屬(合金)都具有晶間腐蝕傾向，其中不銹鋼、鋁合金及含鉬的鎳基合金晶間腐蝕較為突出。如有應力存在，由晶間腐蝕轉變為沿晶應力腐蝕破壞，因此，設備生產廠家的設備設計和制造存在缺陷是氣氣換熱器內漏的主要原因。

4 防范措施

4.1 切換氣氣換熱器

運行過程中，當氣氣換熱器阻力達0.08 MPa或管層出口氣體溫度<170 ℃時，對氣氣換熱器進行切換。

(1)先對備用換熱器外部的法蘭、封頭進行查漏，將備用換熱器殼層進口、管層進口和本體的導淋均打開排水。當換熱器本體導淋沒有水排出后在此取樣，同時在第2變換爐出口取樣，分析該兩處變換氣中CO含量并進行對比。如果換熱器本體導淋處變換氣中CO含量高于第2變換爐出口氣中CO含量，說明此氣氣換熱器存在內漏現象，應及時隔離換熱器并進行處理內漏；如兩處變換氣中CO含量相差不大，說明此換熱器不存在內漏，可以繼續投用。

(2)換熱器殼層、管層進口導淋排盡水后，先開殼層進口充壓閥進行暖管，待溫度升高后殼層進口大閥稍開到一定程度即加快速度暖管，換熱器本體導淋保持一定開度排水，殼層進口大閥開時只能小幅調整，防止造成氣氣換熱器進、出口溫度大幅波動，及時與中控操作人員聯系，保證投用的換熱器管層出口氣體溫度降低幅度≤10 ℃，第2變換爐進口氣體溫度降低幅度≤5 ℃。當換熱器本體導淋沒有水排出時，稍開管層進口閥開度，本體導淋繼續排水，暖管時間應≥1 h；暖管期間，首先要確認管層、殼層出口管道有升溫跡象，確保管道、閥門暢通，中控操作人員可采用調整蒸汽用量、中壓廢熱鍋爐熱副線、提溫副線閥門開度等手段，控制第1變換爐進口、第2變換爐進口及各床層氣體溫度在工藝指標范圍內。

(3)當中控系統顯示換熱器管層、殼層出口溫度均緩慢上升時，說明換熱器已暖管完畢，可以切換。要組織好現場操作人員，一邊緩慢開啟投用換熱器管層、殼層進口閥門；另一邊緩慢關閉被隔離的換熱器管層、殼層進口閥門，應先關死管層進口閥，隨后關死殼層進口閥。當投用換熱器已投運時，中控操作人員要注意并聯的2套變換系統氣量變化幅度并及時調整在允許范圍內；當投用的換熱器溫度都正常后，通知檢修人員熱緊。

4.2 檢修隔離換熱器

當需要投用的換熱器投運后要對其再進行一次查漏，確認無漏點，運行正常，對隔離換熱器進行隔離檢修。

(1)關閉隔離換熱器管層、殼層出口閥，關死后對其再開啟、關閉數次，然后對管層、殼層進口閥也開啟、關閉數次，確保其完全隔離。

(2)開啟管層進口和殼層出口閥門進行放空、卸壓，卸壓時需要聯系消防車監護，放空、卸壓要同時進行，卸壓速度≤0.2 MPa/min。

(3)當卸壓完成后，在專人和消防車監護下，檢修人員將管層進口盲板、殼層出口盲板倒至盲位(倒盲板之前，不能同時開啟管層進口、殼層出口閥門進行放空)，然后關閉管層進口和殼層出口的放空閥(防止倒盲板時閥門關不嚴)。

(4)檢修人員拆開管層進口下法蘭蓋，對換熱器進行清洗，清洗合格后，上封頭和下法蘭蓋均復位后；開啟管層進口閥進行放空、卸壓，管層進口盲板倒至通位，設備檢修完畢備用。

5 結語

針對變換系統中許多設備和管道存在的高溫氫侵蝕、高溫硫化物腐蝕、濕硫化氫腐蝕、應力腐蝕等現象，變換系統的設備和管道設計應與運行工藝情況相結合， 適應工藝運行要求。 變換系統工藝管理人員和操作人員要深入研究和掌握其工藝原理及特點，精細操作，避免因不當操作造成設備和管道的腐蝕而發生系統的波動及事故。

2017- 01- 05)