脫氟石墨換熱器常見問題及處理措施

陳武龍

（云南磷化集團有限公司，云南 晉寧 650600）

云南磷化集團有限公司30萬t/a飼料級磷酸裝置采用二水法生產工藝技術。反應采用普萊昂多槽多槳多方格反應槽，并配有三格消化槽，料漿冷卻采用低位閃冷流程；料漿過濾采用2臺160 m2國產轉臺式真空過濾機；反應逸出的含氟氣體采用二級逆流洗滌，經管道、吸收塔三級噴淋循環吸收洗滌；磷石膏采用濕法排渣，稀磷酸產品采用先陳化再澄清流程；磷酸濃縮采用兩級強制循環真空蒸發濃縮工藝技術，氟吸收采用兩級吸收工藝；濃縮磷酸經過陳化、澄清、預處理、脫氟凈化后形成合格的飼料級磷酸，以供下游飼料磷酸氫鈣生產使用。脫氟工序受流程、磷酸濃度、高溫的影響，核心設備換熱器經常出現事故，導致停車、停產。

1 脫氟石墨換熱器現狀

（1）換熱器自投用以來，石墨列管損壞已有近百根，通常采用快速堵頭處理。由于長期處于開停車、升溫、降溫的環境下，快速堵頭逐漸出現堵頭橡膠老化、密封不嚴等泄漏問題。

（2）換熱器殼程內部、上下封頭經常因設備結構問題導致酸蝕，密封面法蘭、活套法蘭的子圈，下封頭的彈簧，在使用一段時間后均產生不同程度的腐蝕，密封效果較差，經常出現泄漏。

（3）石墨列管出現泄漏，殼程內部有余酸和磷石膏，會直接影響殼程與管板的移動，同時也會造成殼程腐蝕、泄漏。

2 脫氟石墨換熱器結構形式及損壞原因分析

脫氟石墨換熱器是雙管程單殼程列管式加熱器，其結構設計是國內外石墨換熱器通常采用的比較成熟的結構。列管式石墨換熱器不論是采用全石墨化進口管、國產半石墨化列管，還是國產壓型石墨列管（YFSG2），實際使用中比較容易出現的損壞都是換熱管斷裂、換熱管與管板之間的接頭脫膠、管板開裂，換熱器殼程腐蝕泄漏等［1］。換熱管與管板的接頭容易斷裂，是由其材料特性和制造加工工藝決定的，通常引起損壞的可能因素有：強度不夠、溫度過高，樹脂發生黏結性損壞，或由于不均勻的膨脹伸縮造成管束間相互約束，形成較大的結構內應力。

3種石墨換熱管中，尤其以深度脫氟中采用的壓型石墨管（YFSG2）更易損壞［2］，該管是國內僅有的已經投入規模化生產并有豐富使用經驗的石墨管，管子的伸縮量不同會導致不同程度的斷裂。在石墨換熱器技術附件中明確要求：“每根換熱管在制造組裝前需逐根進行水壓或浸水氣壓試驗，試驗壓力為2倍設計壓力且不低于1.0 MPa，保壓10 min，不滲漏為合格”；“壓型石墨管成型后必須經過2個月以上常溫時效處理，再經過300℃以上的中溫處理”；“石墨設備組裝后應進行整體熱處理，熱處理的溫度不低于換熱器的設計溫度”。但如此處理仍無法避免換熱管斷裂、換熱管與管板之間的接頭脫膠、管板開裂、殼程腐蝕等。

磷酸溶液對碳鋼具有一定的腐蝕作用，并且隨著磷酸濃度增大和體系溫度升高，腐蝕速率劇增（見表1、表2）［3］。

表1 碳鋼在不同濃度磷酸溶液中的腐蝕情況

表2 碳鋼在不同溫度的w（H 3PO 4）15%的磷酸溶液中的腐蝕情況

從表1、表2可以看出，磷酸對碳鋼的腐蝕速率與磷酸濃度、體系溫度成正比。浮動端作為補償器，用來消除因石墨換熱器外殼金屬膨脹與換熱器管程非金屬膨脹不同而產生的內應力。如果不把損壞列管泄漏點堵死，就會導致滲出來的酸把殼程和緊固密封的法蘭及輔助浮動的裝置腐蝕損壞，造成密封泄漏和浮動失效。

脫氟石墨換熱器損壞原因分析如下。

一是磷酸泄漏，快速堵頭老化密封不嚴，石墨列管受腐蝕而損壞。

二是因為石墨列管爆管，大量磷酸進入殼程腐蝕密封橡膠，或者磷酸中的磷石膏堵死、卡死浮動端，導致浮動端失效，反過來，也會導致換熱列管受到應力而損壞。

三是進石墨換熱器酸泵出口管未使用膨脹節，導致酸泵振動引起石墨換熱器共振，產生石墨列管損壞。

四是開停車時未按照石墨換熱器操作規程嚴格控制進氣溫度、升溫時間等，導致石墨列管損壞。

3 問題的解決

為了消除石墨換熱器列管石墨堵頭、快速堵頭、新爆管及管板泄漏，采取以下措施。

（1）針對換熱器殼程進行打壓試漏，對于試漏出來的浸濕的石墨列管進行徹底清理。采用耐腐蝕、耐高溫的氟橡膠制作膠套，用904L材料加工帶錐頭的螺栓對老化的快速堵頭進行全面更換。

（2）拆除下封頭，加工換熱器下封頭活套法蘭，對開環、封頭螺栓進行全面更換，使每個零部件都能發揮作用。

（3）拆除殼程密封膠條所有的螺栓，去除密封膠條，清理該段的沉積污物，用水清洗干凈，用氟橡膠O型圈（Φ22）替代原來易老化的橡膠。更換新螺栓、緊固平衡。

（4）用δ=6 mm的316L不銹鋼鈑卷板機加工圓筒，加焊換熱器外殼程除1 m防腐蝕段的其余部分殼程。

（5）定期清理換熱器的石墨列管，盡量保證換熱器所有列管不會因為結垢物堵塞，導致列管受熱不均勻引起列管斷裂。

（6）循環磷酸泵出口管增加橡膠接頭，把振動控制在泵本體；嚴格操作規程，控制好石墨換熱器進氣溫度、時間，保護好石墨換熱器。

4 改進后效果

通過了解石墨換熱器結構，分析存在的問題，并對存在問題進行逐步處理，設備運行率有了明顯改善，改造前運行率為50.17%～76.12%，改造后運行率為92.91%～95.88%。

5 小結

（1）石墨換熱器無論采用何種堵漏形式，都有一個運行及使用周期；發生泄漏停車，應該有應急預案及處理措施，否則將會影響整臺換熱器的使用壽命。（2）加強換熱器輔助裝置的維護保養。消除列管和管板在熱、冷態環境條件下的熱應力帶來的內應力損壞。（3）提高與酸接觸部分材料的質量，延長設備的使用壽命。（4）加強設備的使用管理，避免因不科學使用造成的人為損壞。