煉化裝置換熱器泄漏原因調(diào)查與分析

崔軻龍 馬紅杰

（中國石油股份有限公司獨(dú)山子石化分公司，新疆 獨(dú)山子 833699）

0 引言

在煉化裝置生產(chǎn)過程中，換熱器是生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)熱量交換和傳遞的重要設(shè)備，使流體溫度達(dá)到流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足過程工藝條件的需要，同時(shí)也提高能源利用率的主要設(shè)備，廣泛分布于生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)，換熱器泄漏已成為影響煉化裝置安全、長周期運(yùn)行的重要因素之一。

某石化公司近年共有67臺(tái)換熱器發(fā)生泄漏，涉及煉油、化工多套裝置的工藝介質(zhì)換熱器、循環(huán)水冷卻器及蒸汽系統(tǒng)換熱器等多個(gè)系統(tǒng)，點(diǎn)多面廣，嚴(yán)重影響了煉化裝置正常生產(chǎn)。本文針對(duì)發(fā)生泄漏的換熱器泄漏現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查與分析，并對(duì)重點(diǎn)制約裝置長周期運(yùn)行的泄漏換熱器進(jìn)行原因分析并提出解決對(duì)策。

1 換熱器泄漏原因調(diào)查與分析

從發(fā)生泄漏的換熱器的現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在67臺(tái)發(fā)生泄漏的換熱器中，有55臺(tái)發(fā)生在化工裝置，其中工藝介質(zhì)換熱器43臺(tái)，循環(huán)水冷卻器12臺(tái)，芳烴裝置2臺(tái)再沸器在泄漏堵漏后不久發(fā)生二次泄漏；有12臺(tái)發(fā)生在煉油裝置，其中工藝介質(zhì)換熱器11臺(tái)，循環(huán)水冷卻器1臺(tái)。泄漏類型分析統(tǒng)計(jì)如表1所示，各個(gè)泄漏類型所占的比例如圖1所示。

表1 換熱器泄漏類型分析統(tǒng)計(jì)表

圖1 換熱器泄漏類型所占比例

由表1及圖1 可以看出，換熱器發(fā)生泄漏的主要類型及所占泄漏總數(shù)的比例：工藝介質(zhì)腐蝕（43%）、循環(huán)水腐蝕（1 9%）、設(shè)計(jì)缺陷（18%）、制造缺陷（6%）、密封泄漏（11%）以及其它（3%）等6個(gè)方面。

1.1 工藝介質(zhì)腐蝕

換熱器泄漏的類型中，工藝介質(zhì)腐蝕發(fā)生的泄漏所占比例最大。由于換熱器管束所接觸的介質(zhì)比較復(fù)雜，往往具有高溫、高壓、高流速、強(qiáng)腐蝕等特點(diǎn)。換熱管的表面腐蝕，是泄漏中最常見的現(xiàn)象，約占腐蝕泄漏的90%，它是介質(zhì)的沖刷和介質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)侵蝕綜合作用的結(jié)果[1]。因工藝介質(zhì)腐蝕原因?qū)е滦孤Q熱器重點(diǎn)集中在100萬噸/年乙烯裝置稀釋蒸汽系統(tǒng)（稀釋蒸汽發(fā)生器泄漏9臺(tái)）、1000萬噸/年蒸餾裝置常頂系統(tǒng)（常頂油氣-原油換熱器泄漏4臺(tái)）以及苯乙烯裝置、芳烴裝置蒸汽系統(tǒng)（蒸汽再沸器泄漏3臺(tái)）、丁苯橡膠裝置冷凍系統(tǒng)（蒸發(fā)器泄漏1臺(tái)）等系統(tǒng)。

1.1.1 稀釋蒸汽發(fā)生器

乙烯裝置稀釋發(fā)生器管束腐蝕泄漏原因?yàn)榭p隙腐蝕[2]，工藝水中的主要腐蝕介質(zhì)為Cl-及少量的酸根離子，換熱器制造過程中管束與管板之間存在的配合間隙為殼程工藝水中的腐蝕性介質(zhì)提供了貯留、聚集環(huán)境，管程進(jìn)口處的蒸汽溫度較高使得腐蝕介質(zhì)濃縮，形成了腐蝕性較強(qiáng)的腐蝕環(huán)境，導(dǎo)致?lián)Q熱器管束進(jìn)口處發(fā)生腐蝕泄漏。

防護(hù)措施：（1）提高設(shè)備制造質(zhì)量；（2）使用過程中嚴(yán)格控制工藝防腐措施，加強(qiáng)注堿工藝操作，按工藝指標(biāo)控制pH值；c、防止Cl-濃縮，根據(jù)監(jiān)測情況及時(shí)調(diào)整工藝水排污量。

1.1.2 常頂油氣-原油換熱器

蒸餾裝置常頂原油-汽油換熱器汽油入口端管束腐蝕泄漏的原因?yàn)镠Cl露點(diǎn)腐蝕與垢下腐蝕共同作用的結(jié)果，腐蝕形貌為點(diǎn)蝕與氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。結(jié)垢的主要原因?yàn)槌ｍ斚到y(tǒng)注水為脫硫凈化水，水質(zhì)不佳，注水量偏低，常頂pH值控制偏堿性。換熱器管板為16Mn堆焊6mm厚2507雙相不銹鋼堆焊層，在焊接、機(jī)加工過程中會(huì)存在一定的殘余應(yīng)力，因此管板在拉伸應(yīng)力、溫度和氯化物的共同作用下 開裂。

防護(hù)措施：（1）加強(qiáng)工藝防腐措施的管理，嚴(yán)格控制脫后鹽含量及常頂注劑加注，將常頂系統(tǒng)pH值控制在5.5～6.5之間，避免堿性環(huán)境下系統(tǒng)結(jié)垢；（2）提高常頂注水量，注水量可提高到餾出量的7%以上，將注水改為蒸汽凝結(jié)水，改善注水水質(zhì)。

1.1.3 蒸汽再沸器

烯烴聯(lián)合車間的苯乙烯裝置、芳烴裝置蒸汽再沸器腐蝕泄漏的主要原因?yàn)楦邏赫羝⒅袎赫羝麑?duì)管束表面的沖蝕，芳烴裝置的2臺(tái)再沸器在管束泄漏進(jìn)行水壓試驗(yàn)、管束堵漏后，數(shù)月內(nèi)再次發(fā)生管束泄漏。

防護(hù)措施：對(duì)烯烴聯(lián)合車間苯乙烯裝置、芳烴裝置的蒸汽系統(tǒng)的壓力、流速及溫度進(jìn)行檢查，計(jì)算實(shí)際使用狀況與設(shè)備、管線的設(shè)計(jì)值是否匹配，及時(shí)調(diào)整。

1.1.4 冷凍系統(tǒng)蒸發(fā)器

丁苯橡膠裝置冷凍系統(tǒng)蒸發(fā)器管程腐蝕嚴(yán)重（管程介質(zhì)設(shè)計(jì)為50%乙二醇水溶液，實(shí)際工況為30%～40%乙二醇水溶液），管程內(nèi)表面密布蜂窩狀蝕坑，局部腐蝕穿孔。腐蝕泄漏原因?yàn)橐叶妓芤簝?chǔ)罐為開放系統(tǒng)，在乙二醇水溶液循環(huán)使用的過程中帶入大量溶解氧，造成蒸發(fā)器管束內(nèi)壁腐蝕泄漏。

防護(hù)措施：（1）提高乙二醇/水比，達(dá)到工藝要求的1：1比例，對(duì)乙二醇水溶液存儲(chǔ)罐采取通氮密封，避免氧氣進(jìn)入系統(tǒng)；（2）對(duì)蒸發(fā)器采取犧牲陽極的保護(hù)或系統(tǒng)加注緩蝕劑；（3）可對(duì)換熱器進(jìn)行管程內(nèi)壁涂料防腐。

1.2 循環(huán)水腐蝕

本文討論的循環(huán)水冷卻器的泄漏為因循環(huán)水腐蝕造成的泄漏，主要集中在22萬噸/年乙烯裝置、聚乙烯裝置及聚丙烯裝置。循環(huán)水腐蝕的腐蝕類型主要為以下幾個(gè)方面[3]：

換熱器表面的磨損腐蝕，指高速流體對(duì)金屬表面已經(jīng)生成的腐蝕產(chǎn)物的機(jī)械沖刷作用和新裸露金屬表面的腐蝕作用的綜合[4]。

電化學(xué)腐蝕，當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)不均或滯留時(shí)很容易在換熱管表面形成沉積物，由于沉積物是不連續(xù)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(nèi)外氧的差異而形成了電化學(xué)腐蝕。

化學(xué)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(xué)腐蝕。

從循環(huán)水冷卻器腐蝕情況看，循環(huán)水破碎填料過多，堵塞換熱器管束，影響循環(huán)水流速引起的電化學(xué)腐蝕。應(yīng)加強(qiáng)循環(huán)水過濾及填料更換管理，避免填料碎片堵塞換熱器；同時(shí)，加強(qiáng)循環(huán)水系統(tǒng)工藝管理。

1.3 設(shè)計(jì)缺陷

存在設(shè)計(jì)缺陷的12臺(tái)加熱器全部集中在丁苯橡膠裝置，其中提升風(fēng)加熱器6臺(tái)、熱箱風(fēng)加熱器6臺(tái)，為空氣與過熱蒸汽取熱，導(dǎo)致所有加熱器均存在管箱泄漏嚴(yán)重，已全部重新設(shè)計(jì)，進(jìn)行了更換。

1.4 制造缺陷

存在制造缺陷的換熱器具有一定的偶然性，所泄漏的4臺(tái)換熱器分布在4套不同的裝置。換熱器管束的制造過程為先將管束穿入管板脹接，再對(duì)穿過管板的管子前端進(jìn)行焊接，因此，換熱器存在制造缺陷的主要形式為制造過程中個(gè)別管束與管板脹接部位管孔的配合間隙超標(biāo)、焊縫質(zhì)量缺陷（未焊透、裂紋、砂眼等）。使用過程中，制造缺陷成為薄弱環(huán)節(jié)，在沖刷、腐蝕等作用下，極易在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致?lián)Q熱器泄漏。因此，嚴(yán)格控制換熱器管束制造質(zhì)量，能有效避免因制造缺陷發(fā)生的泄漏。

1.5 密封泄漏

存在密封泄漏的7臺(tái)換熱器（3臺(tái)板式換熱器，4臺(tái)浮頭式換熱器）全部為密封墊片泄漏。資料表 明[5]，導(dǎo)致?lián)Q熱器密封墊片泄漏的因素很多，有密封面缺陷、墊片的實(shí)際尺寸與密封面的尺寸不符、墊片質(zhì)量缺陷、安裝不規(guī)范及操作條件等。因此，需要在密封墊片的采購、保存及安裝各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，可降低密封泄漏的可能性。

2 泄漏換熱器的檢修

對(duì)于因腐蝕、沖刷等原因?qū)е鹿苁l(fā)生泄漏的換熱器檢修，在時(shí)間緊迫的情況下，通常僅采用一定壓力的水壓試驗(yàn)，找出泄漏管束后堵漏處理。

烯烴聯(lián)合車間芳烴裝置的2臺(tái)再沸器在管束泄漏僅進(jìn)行水壓試驗(yàn)、管束堵漏后，數(shù)月內(nèi)再次發(fā)生管束泄漏。與之相比的是重整加氫聯(lián)合車間芳烴裝置二甲苯塔底重沸器于2013年7月發(fā)生泄漏，以2.0MPa壓力進(jìn)行水壓試驗(yàn)，管束沒有明顯的出水，管束管壁掛有水珠，多處管子都有積水現(xiàn)象，用壓縮空氣吹掃，多根管束都有水被吹出，并且無法明確判斷泄漏情況，判斷可能是管子腐蝕減薄造成管壁滲漏，進(jìn)而對(duì)管束進(jìn)行了渦流檢測，發(fā)現(xiàn)6根管束有明顯減薄現(xiàn)象，于2013年12月更換新的再沸器管束，期間該重沸器無泄漏發(fā)生。

從上述兩個(gè)案例對(duì)比可以看出，因腐蝕、沖刷等原因?qū)е鹿苁l(fā)生泄漏的換熱器在檢修時(shí)，僅從水壓試驗(yàn)很難全部查出泄漏管束，在對(duì)泄漏管束堵漏后短期內(nèi)再次發(fā)生泄漏的概率極高，因此，對(duì)于此類換熱器管束應(yīng)進(jìn)行渦流檢測，及時(shí)處理減薄嚴(yán)重的管束，能夠有效避免再次泄漏。

3 結(jié)論

（1）工藝介質(zhì)腐蝕、循環(huán)水腐蝕、設(shè)計(jì)缺陷、制造缺陷及密封泄漏是導(dǎo)致煉化裝置換熱器泄漏的重要因素；

（2）為有效避免因腐蝕原因造成的換熱器管束泄漏，應(yīng)加強(qiáng)裝置運(yùn)行過程中工藝防腐措施及循環(huán)水系統(tǒng)管理，嚴(yán)格按工藝控制指標(biāo)進(jìn)行操作，尤其是注劑、注水及堿洗等部位的工藝管理；

（3）加強(qiáng)換熱器的設(shè)計(jì)、制造及密封墊片采購、安裝等環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量把控，避免設(shè)備本體缺陷造成的泄漏；

（4）對(duì)烯烴聯(lián)合車間苯乙烯裝置、芳烴裝置的蒸汽系統(tǒng)壓力、流速及溫度進(jìn)行檢查，實(shí)際使用狀況與設(shè)備、管線的設(shè)計(jì)值是否匹配；

（5）因腐蝕、沖刷原因引起的換熱器泄漏，在檢修過程中應(yīng)對(duì)管束進(jìn)行渦流檢測，對(duì)于減薄嚴(yán)重的管束同時(shí)進(jìn)行處理，可降低再次發(fā)生泄漏的概率。