凝結水回收管系泄漏原因與治理

馬建生 谷牧原 王旭

摘要：某公司重油催化裂化裝置凝結水回收管系日常運行多發泄漏，導致日常高風險搶修作業頻次較高，且需工藝調整用汽及切換排放等配合作業，影響生產平穩運行。本年度為消除該項運行隱患，公司組織了專項攻關，進行泄漏治理。本文通過對歷年泄漏情況進行總結分析，對因凝結水管系介質來源復雜、難以控制導致氣液相混合沖刷進而引發泄漏的原因進行了分析，并針對性的從工藝及設備兩個方向提出了對應的治理手段。

關鍵詞：凝結水回收;泄漏;治理

0 前言

某公司重油催化裂化裝置凝結水回收管系運行情況關系到本裝置低溫熱水系統運行平穩，進而影響到上下游多套裝置的供暖、伴熱等系統運行，也涉及到大量的水汽資源回收。近年運行中，該管系頻發泄漏，導致大量日常高風險搶修作業，一方面日常維修成本居高不下且安全風險較高，一方面生產運行常因泄漏被迫調整，同時也浪費了大量可以回收的水汽資源。因此，分析該管系泄漏原因并制定實施相應治理措施對整個低溫熱系統的可靠運行和降低日常搶修作業頻次及風險意義重大。

1 凝結水回收管系運行情況

該公司重油催化裂化裝置凝結水管系主要由三部分組成，一是來自下游重整裝置的凝結水管路（DN100），二是來自本裝置污水汽提單元的重沸器凝結水及伴熱回汽凝水（DN100），此二路水汽于污水北側管廊處匯合后進入主線（DN200）后行進至穩定單元北側管廊，與第三路即來自穩定單元重沸器及分餾穩定單元伴熱回汽凝水（DN80）匯合，一路至熱力站，與各路冷源換熱后進入凝結水罐。自裝置于2014年改造投產后，該管系累計發生各類泄漏14次，集中在彎頭及彎頭后部鄰近直管段。凝結水管系示意圖見圖1。凝結水管系各路來源參數及泄漏情況統計見表1。

2 管系泄漏原因分析

2.1 氣液共沸導致的沖刷腐蝕

從凝結水各路來源情況可以看出，各支路進入管系的溫度、壓力、流量皆不相同，且內部物態、流相較為復雜，日常運行期間常發水擊現象，判斷導致該管系頻發泄漏的主要原因為氣液混合態的凝結水對管系彎頭、三通等部位持續集中沖刷腐蝕，導致管壁減薄發生泄漏。

裝置內凝結水來源為1.0MPa蒸汽、3.5MPa蒸汽經重沸器或伴熱后匯合而成，最終進入壓力為常壓的凝結水回收罐，在該壓力差下，高壓飽和凝結水在流動過程中將不斷汽化，內部產生氣泡。氣泡在流體夾帶下會產生氣泡沖刷腐蝕，會使沖刷腐蝕變得嚴重。直管段中，氣泡在流體中很難與管壁發生碰撞，但在三通與彎頭部位，由于流場瞬間變化復雜，氣泡與管壁碰撞潰滅的概率極大的增大，氣泡的爆破處會引發流體沖向管壁。研究證明，氣泡破裂時產生的沖擊波壓力可達40MPa，形成高速射流，不僅破壞金屬保護膜，引起塑性形變，消磨金屬晶間原子、甚至撕裂金屬粒子，使彎頭、三通等管件減薄泄漏。泄漏部位情況見圖2.

從圖2中可見，沖刷腐蝕導致彎頭弓背部位多見局部馬蹄型金屬缺失，穿孔部位周圍粗糙疏松，未見明顯銹蝕分布。充分說明導致泄漏的原因為氣液混合相的凝結水高速沖刷所致。

2.2 工藝控制的不斷變化與調整導致管系內物態極不穩定

裝置凝結水管系來源既有本裝置各單元重沸器冷凝水，也有其他裝置冷凝水，還有裝置各路水汽伴熱的冷后回水;既有1.0MPa蒸汽凝水，也有3.5MPa蒸汽凝水。工藝生產的使用和調整，以及伴熱系統冬季投用其他季節切除等不斷的調整影響，導致進入回收管系的介質狀態不斷變化，物態、流場極不穩定，加劇了對管壁的沖刷腐蝕。

2.3 彎頭等部位的特殊受力

觀察可知，泄漏集中于彎頭、三通及其附近管段部位，其他直管段未見沖刷泄漏，測厚也無明顯減薄。可知彎頭等部件的特殊受力，導致了沖刷腐蝕的集中發生。彎頭角度越大，沖刷作用也越強。沖力的大小與流體流速和管內壓力成正比，即流速越快，沖力越大，介質對管壁的作用力就越大，對材料的沖刷腐蝕就越嚴重。隨著彎頭曲率半徑的增加，沖蝕程度呈現先減弱后緩慢增加趨勢，在R=3D時，對管道的沖蝕作用最弱。

3 結論與建議

綜合以上分析，凝結水回收管系泄漏的主要原因為由于管系前后壓差、溫差變化，來源復雜的水汽在管系內存在氣液共沸形態，高速流動中，對管壁不斷的沖刷腐蝕導致管壁減薄泄漏，在彎頭等特殊受力部件處，尤其明顯。因此，針對以上原因，提出如下幾點解決措施：

（1）組織工藝、設備專業共同討論對凝結水系統來汽狀態復雜問題進行技措立項解決，依據實際情況提出設計委托，對凝結水系統來汽處理方面進行改造，采取增設冷卻器、分液罐、疏水器、更換散熱性能優異的翅片管等方式重點解決汽水分離問題;

（2）針對支線與總線匯合后總線流速明顯升高部位，通過設計核算在確保有效輸送的前提下，可采取管線擴徑的方式降低流速，減輕對管系的沖蝕;

（3）于停檢期間，對凝結水系統三通、彎頭、截止閥及前后各1米直管段部分進行材質升級并選用厚壁結構。根據現行經驗，將原20#材質升級為不銹鋼316L，同時對易泄漏部位可改為法蘭連接，減少在線動火頻次;

（4）對于DN50以下回汽支線，在無法增上冷卻設施或凝結水分液罐的情況下，增加疏水器等疏水設施，并在前后設置截止閥，以便于對疏水設施進行檢查維護;

（5）日常運行中加強對凝結水系統管線、彎頭、三通等部分定點測厚監控，壁厚減薄至原壁厚20%～30%時，應提前采取更換減薄部位管線、管件或在線補強等處置方式，保證運行安全。

總之，解決凝結水回收管系泄漏是一項較為龐雜的工程，需要從工藝操作源頭出發，解決水汽混合相態問題，需要綜合考慮調整工藝流程、優化材質選型等各個方面的因素，才能最終解決凝結水回收管系頻繁出現泄漏的問題。

參考文獻

1 李強，唐曉，李焰 ?沖刷腐蝕研究方法進展[J].中國腐蝕與防護學報，2014，34（05）：399-409

2 朱娟，張喬斌，陳宇，張昭，張鑒清，曹楚南 ?沖刷腐蝕的研究現狀[J].中國腐蝕與防護學報，2014，34（03）：199-210

（大連石化公司，遼寧大連 116031）