換熱器管束腐蝕案例分析及預防

李雷磊

摘?要：換熱器屬于化工裝置中重要設備之一。換熱器管束因為壁厚薄的特點容易發生泄露，在設計換熱器時有效的規避腐蝕因素，最大限度保障換熱器長期正常使用是非常具有現實意義的。本文從一個具體案例進行分析，對管束設計需要考慮的因素進行闡述。

關鍵詞：換熱器;管束;防腐蝕

管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構較簡單，操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用最廣的類型。換熱器是化工裝置中重要的設備之一。

換熱器工作原理是由管殼程中兩種不同介質再在換熱管壁兩側進行流動，達到動態平衡來起到冷熱介質熱量交換的作用。

常用的換熱管尺寸為Φ19x2和Φ25x2.5。常規化工設備，碳鋼設備腐蝕量取2mm到2.5mm，設備壁厚最薄取8mm，所以與其他化工設備相比較換熱管的壁厚特別薄，容易進行產生腐蝕穿透的現象。一旦換熱管發生腐蝕穿透現象，換熱器中壓力高側介質會流入壓力低側介質，破壞壓力平衡，物料平衡和溫度平衡狀態。介質泄露會引發下游物料被摻混、催化劑中毒、計劃外停產檢修的事故。對于泄露的管束，一般無法進行更換，通常采用的維修方法為通過對殼程打壓的方式找出泄露的換熱管，將泄露的換熱管兩端用管堵堵住。堵住以后此換熱管封閉，換熱器面積會減小。當換熱器管熱面積小到無法滿足換熱性能要求，則需要更換換熱器。

案例：神華系統某工廠甲醇-凝結水換熱器1190-E1102A/B管束與管板自2017年4月份以來連續泄漏5次，泄漏頻率明顯提高，嚴重制約生產，烯烴中心申請質量技術部委托設計院，對此換熱器的材質和工況進行重新核準，核準此管板和管束材質能否長期滿足此工況運行，如果材質比較低，請給出升級后的材質建議，便于中心立刻上報采購計劃，解決換熱器泄漏的難題。

一、換熱器目前的運行工況

管程：介質凝結水，出入口工作溫度120/162℃，工作壓力0.3MPa。

殼程：介質甲醇，出入口工作溫度76/100℃，工作壓力0.8MPa。

二、換熱器目前材質

規格型號BJS1300-2.5-465-6/25-41，管板材質16MnIII，換熱管材質10#鋼，每臺管束共有1024根換熱管，4管程，單臺換熱面積為467.1平方，上下重疊式安裝。管程介質凝結水，殼程介質甲醇。

三、換熱器目前泄漏維修狀況

自2017年4月至今，共計檢修5次。累計A臺堵管70根，B臺堵管120根。其中B臺凝結水出口管程已經堵漏1/3，對工藝生產造成重大影響，能耗增加。

案例分析：

（1）從腐蝕方面考量：本換熱器管殼程介質為凝結水和甲醇，碳鋼材質對此介質均有良好內腐蝕性，且從業主拍的換熱器截面圖片看，管束一側有較多的管子腐蝕，說明不屬于腐蝕導致管子泄露。如果是因為介質腐蝕導致管子泄露，則會均勻的有泄露換熱管存在，不會集中在換熱器某一區域。

（2）從沖刷方面考量：本換熱器殼程流量為236842kg/h密度741.06～711.25kg/m3入口管為DN300，出口管線為兩個DN250。入口流量ρv2為1193.67kg（m.s2）因為殼程含有0.0015%酸值殼程介質為有腐蝕液體，在流速ρv2>740kg/（m.s2）會產生沖刷腐蝕情況。

本設備殼程一個入口兩個出口，入口DN300，出口DN250。DN300管口流通截面積為0.07065m2，一個出口流通截面積為0.049m2，兩個出口流通截面積合計為0.098m2。在不介質密度影響不大的狀態下殼程介質由殼程入口進入換熱器，自設備出口流出時，換熱器出口截面積大于入口截面積，殼程介質流體流速會更低一些。如果由于兩個出口由于配管等因素，壓力降不同會導致在此換熱器中殼程介質會發生殼程流體流向壓力低側，即絕大部分殼程流體流向一端出口。則可能會在殼程出口處出現流速激增，加重沖刷腐蝕現象。

（3）從折流板方面考量：換熱器殼體內有折流板以引導殼程流體在殼程中穿行。因為折流板與殼程流體垂直，且同一塊折流板有死區，有缺口，所以在殼程流體沖擊情況下會產生振動。換熱管穿過折流板但并沒有焊接，所以折流板如果發生振動，會對換熱管產生割鋸作用。如果折流板一端振動，振動區域附近換熱管均會受此影響。

換熱器管束腐蝕預防：在重新設計換熱器時，要采取相應措施規避上述風險。

（1）從換熱器結構上采用一進一出方式，防止殼程流體偏向一側出口。

（2）出入口側均設置防沖擋板。以降低出入口流速太大對換熱管束的影響。

（3）增加定距管數量，盡量將定距管布置在折流板邊緣，增加折流板強度和剛度。降低折流板對換熱管的影響。

四、結語

合理設置換熱器結構，規避不必要的腐蝕，決定著化工生產裝置長期穩定的運行及安全的生產。換熱器作為化工生產裝置中重要部分，對換熱器結構設計提出了特殊的要求。設計人員需要儲備扎實的基礎知識和豐富的工程經驗，設計前充分考慮各種影響因素，設計出滿足長期運行的換熱器設備。