硫酸生產廠換熱器檢修實踐

李雪瓊，周 尚，張學兵

（楚雄滇中有色金屬有限責任公司，云南楚雄675000）

某銅冶煉企業450 kt/a硫酸系統于2017年6月建成投運，2018年大修時發現Ⅳ換熱器殼程出現污堵，因換熱器內部檢修通道狹窄、列管間距較小只能局部清理，系統在運行時阻力上升、換熱效率下降，對轉化系統整體熱平衡及總轉化率造成一定影響。2019年大修，該公司對Ⅳ換熱器采用化學清洗及高壓水清洗，效果顯著，清洗后設備運行正常。

1 轉化工藝及設備

轉化工序采用ⅢⅠ-ⅣⅡ、“3+1”兩次轉化換熱流程[1]，其中Ⅳ換熱器規格為φ5 470 mm×13 203 mm，換熱面積 4 900 m2。外換熱器為急擴加速流縮放管，開工爐為電加熱爐，轉化工藝流程見圖1。

圖1 轉化工藝流程

2 化學清洗

2.1 化學清洗流程

1）系統停產之際，吹除SO3并降溫達到滿足檢修的條件，對殼程SO2側、管程SO3側進出口煙氣管道用實心盲板進行焊接封堵，目的是將換熱器與相鄰設備隔離，避免中和清洗時微量反應熱及廢氣串至相鄰設備，后期打壓檢漏時保持與相鄰設備之間的隔離及密封。

2）在已封堵的煙氣管道盲板內側上部留有缺口，以便中和清洗時排放所產生的微量反應熱及廢氣。

3）換熱器管、殼程底部排污口作為管、殼程清洗液接入口。

4）在換熱器塔體與SO2煙氣管道出口、SO3煙氣管道進口下方距管底約200 mm和100 mm處開孔，安裝清洗液回液管及殼程液位觀察回液管，其目的是根據回液情況判斷清洗循環量是否適宜。若回液管開始回液，說明殼程清洗液已充裝到位并開始循環清洗，液位觀察回液管回液說明給液量大，液位處于上漲趨勢，此時調節循環泵出口回流閥開度控制循環量，液位觀察回液管不回液、清洗液回液管正常回液為最佳循環量。

2.2 循環槽及循環泵配套設施的安裝

為調節清洗液循環量，可在泵出口處安裝回流管。泵出口處另安裝排污管，清洗完畢后可排放循環槽與換熱器內的廢水。循環槽安裝進水管，以補充初始堿液配制及換熱器初始清洗充裝。最終形成“清洗循環槽→清洗循環泵→清洗堿液給液管→換熱器→管、殼程清洗液回液管→清洗循環槽的循環清洗”系統。

Ⅳ換熱器清洗流程見圖2。

3 Ⅳ換熱器檢修

3.1 Ⅳ換熱器清洗

1）殼程SO2進氣側煙氣管道盲板未封堵之前，先進入殼程初步檢查，人工清除部分酸泥。

2）管程SO3出氣側煙氣管道盲板未封堵前，進入管程初步檢查，放置帶編號用于稱重記錄的金屬掛片，以便后期檢測腐蝕率。

3）封堵殼程SO2進氣側、管程SO3出氣側煙氣管道盲板。

4）向清洗循環槽注水，分別按質量分數3%～5%，1.5%，1%，1%和0.3%投放氫氧化鈉、純堿、磷酸三鈉、硅酸鈉與緩蝕劑，開啟循環泵、回流閥，循環攪拌配制的清洗堿液。

5）開啟管程SO3側清洗堿液給液閥，向管程充裝清洗液，根據容積計算循環槽注水量。管程下氣室充裝滿時，開啟殼程SO2側清洗堿液給液閥，此時SO2側、SO3側同時充裝清洗液。充裝清洗液過程中需持續向循環槽注水、投入藥劑，用回流閥調節給液量。

6）若管、殼程清洗液回液管回液，說明管、殼程清洗堿液充裝到位，此時開大回流閥，調整給液量開始循環清洗，以液位觀察回液管不回液、清洗液回液管正常回液為最佳循環量控制狀態，此時停止循環槽注水。管、殼程清洗堿液充裝到位時會有微量氣體自頂部排氣孔溢出。

此次清洗因部分列管出現腐蝕漏點、管、殼程之間存在串液，使循環系統合二為一，所以管程清洗液回液管未回液，集中從殼程清洗液回液管回液。

7）初始回液測定pH值為4～5，隨著持續循環，回液逐步由酸性變為堿性，清洗過程中持續投加藥劑將循環給液pH值保持在14左右，循環給液及回液pH值接近時，說明內部酸性污垢基本中和完畢，此時再持續循環4 h，若回液pH值仍為14左右，說明中和清洗完成。

1.2.3 攻毒預試驗。選取20只健康肉雞作為攻毒試驗對象，用制備的IBDV懸液進行攻毒，每只雞采用滴眼、刷肛法進行攻毒，劑量為0.5 mL/羽。攻毒后24～48 h，試驗雞均表現出傳染性法氏囊病的典型癥狀；60～72 h出現死亡，解剖死亡肉雞確認IBDV攻毒有效。

8）清洗完成后，關閉循環泵、泵出入口閥及回流閥，打開排液閥，將循環液排至污水處理站。

9）排盡循環液后，打開管程頂部人孔、殼程SO2進氣側煙氣管道盲板，進入內部用高壓水清洗管、殼程兩側，直至露出金屬本色。高壓水清洗結束，拆除所有臨時搭接的循環系統及管道。

3.2 Ⅳ換熱器烘干

為避免清洗后殘留的水分對設備造成新的腐蝕，打開管程SO3出氣側煙氣管道盲板，將盛裝木炭的火盆置于管程、殼程下部，點燃木炭烘烤管、殼程，并在SO2進氣側、SO3出氣側開孔處放置軸流風機向內送風，以增加氧氣，加速熱氣流通以提高烘干速度。但應注意：烘烤初始應備足投放的木炭，烘烤期間不再添加木炭。

3.3 Ⅳ換熱器的查漏堵漏

1）烘干殘留水分后，進入管、殼程，目測列管腐蝕漏點。以列管底部與孔板連接部位為起點，對200 mm以下及200 mm以上有漏點的列管做標記。200 mm以上有漏點的列管選用實心堵板將列管上下兩端焊接封堵[2]。200 mm以下列管若整體出現腐蝕變薄或少數列管已出現腐蝕漏點時，為避免底部變薄的列管在后續生產中繼續受腐蝕影響總體轉化率，公司選用堵漏劑進行澆筑堵漏防腐，該堵漏劑專用于硫酸裝置換熱列管泄漏修復。

2）堵漏劑呈流體狀，澆筑前需對列管四周200 mm高度用鋼板焊接圍堰，用于后續澆筑時固定堵漏劑。為確保200 mm高度澆筑后SO2側氣體通行的有效截面，將氣體導流板上移200 mm。

3）200 mm 以下有漏點的列管選用 200～300 mm長的DN32焊管從管程下氣室嵌入列管底部200 mm高度，避免澆筑時堵漏劑滴漏影響澆筑。

4）用潛水泵及連接的消防水帶將配制好的堵漏劑打至列管圍堰內，使堵漏劑填充到每個角落。半小時后堵漏劑慢慢凝固，保養8 h便具備打壓試漏條件，注意凝固時間因環境溫度及堵漏劑配比的差異有所不同。

3.4 Ⅳ換熱器打壓試漏堵漏

恢復殼程SO2進口煙氣管道盲板、SO2出口煙氣管道排氣口，殼程形成密閉空間。利用殼程SO2側循環清洗液給液口作為打壓進氣口，并在進氣口安裝壓力表，氣源來自空壓機房。具體過程如下：

1）開啟打壓進氣閥，空壓機房逐步打開供氣閥送氣。通氣過程中在管程下氣室用耳聽或將紙張放置列管底部檢測漏氣情況。若有漏氣，會聽到刺耳的鳴氣聲，或發現列管口紙張被吹動。找到漏氣列管做好標記，停止送氣。

2）用實心堵板焊接封堵有漏點的列管上下兩端，然后再次送氣打壓，打壓壓力為0.02 MPa，再用上述方法查漏、標記、堵漏，直至有漏點列管全部封堵。隨著查漏、堵漏的進行，漏氣點逐步減少，進氣口壓力逐步上升，漏氣點處理完成后壓力穩定，關閉進氣閥，停止送氣，持續保壓2 h，查漏、堵漏基本達到預期目的。

割除盲板，恢復煙氣管道，保溫至初始狀態。至此，整個換熱器的清洗、查漏、堵漏、打壓工作全部完成。

4 檢修效果評估

4.1 外觀效果評估

檢修前換熱器列管附著較多圬垢，檢修后露出金屬表面。

4.2 化學清洗過程腐蝕評估

清洗前稱量2塊0.001 4 m2碳鋼的質量，編號為2937和2939，懸掛于管程下氣室立柱間，化學清洗過程約8 h。清洗后腐蝕率符合HG/T 2387—2007《工業設備化學清洗質量標準》中碳鋼腐蝕率小于 6 g/(m2·h)、腐蝕量不大于 72 g/m2的要求。清洗后腐蝕率見表1。

表1 清洗后腐蝕率

4.3 工藝指標改善評估

清洗后Ⅳ換熱器殼程阻力、二吸塔入口煙氣溫度明顯下降，清洗效果顯著，清洗前后主要工藝指標見表2。

表2 清洗前后主要工藝指標

4.4 堵漏后換熱面積變化評估

此次列管上下封堵共29根，封堵列管及澆筑200 mm厚的堵漏劑使換熱面積減小3.5%，在可接受范圍內。

5 結語

硫酸系統中的換熱器污堵腐蝕時有發生，解決換熱器污堵和腐蝕的關鍵是提高前端工序除塵、解決一吸塔氣帶液及提高捕沫器捕沫效率。但對已形成的污堵及腐蝕問題，采用化學清洗加高壓水清洗,以及使用專用堵漏劑是可行的。