芳烴抽提換熱器的失效分析及建議

朱永峰

（中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

芳烴抽提工藝利用環丁砜溶劑對芳烴與非芳烴溶解度的差異，先通過液-液接觸，將非芳烴從組分中分離出來，再通過加熱蒸餾溶劑，最終達到芳烴的提純目的。裝置運行中工藝介質及設備結構的影響，致使換熱器受到不同程度的破壞，設備因檢修與更換造成的停產，大大增加了裝置的運營成本。

1 概況

1.1 設備的更換

某芳烴抽提裝置自投產運行幾個月后 B系列溶劑再生塔重沸器（E-410）管束便已發生泄漏，1年后對管束進行更換并提出改進措施。裝置運行不到4年B系列抽提蒸餾塔重沸器（E-403），B系列溶劑回收塔重沸器（E-407）及B系列貧溶劑/汽提水換熱器（E-409）管束也陸續發生泄漏，嚴重影響了裝置的正常運行，業主提出對這三臺換熱器管束進行 更換。

芳烴抽提裝置更換的換熱器具體設計參數（如表1所示）。

由表1可看出，4臺設備的介質中都含有環丁砜溶劑，設備的材質均為碳鋼。

表1 更換的換熱器具體設計參數

1.2 裝置運行情況

據現場操作人員反饋，該裝置運行時汽提蒸汽入塔管線（100-P-040902）與相連接的B系列溶劑再生塔（C-404）有明顯振動，塔內可能存在“液擊”的現象。

裝置運行幾個月后，插入在塔內的重沸器（E-410）管束發生泄漏，一年后支撐梁緊固件發生斷裂且從泄渣口排出，重沸器支撐梁發生脫落如圖1所示。檢修人員更換管束后反饋重沸器距離下端蒸汽分布管太近，很難在塔內進行安裝操作。

圖1 緊固件斷裂，支撐梁脫落

其他設備自開車后運行良好，直至3年后陸續有換熱器管束發生泄漏，對管束進行更換時發現設備內部其他部件也發生了較嚴重的腐蝕，同時每次設備檢修，法蘭連接間的金屬墊片拆開后均散開，無法再進行使用。

2 設備破壞分析

從管束的更換周期及現場的檢修情況分析工藝介質腐蝕是造成換熱器破壞的主要原因之一。而B系列溶劑再生塔重沸器使用壽命如此之短是由于塔內再沸器管束的振動加速了對設備的破壞。

2.1 振動破壞分析

B系列溶劑再生塔重沸器振動主要是由于結構特殊性引起的，插入式重沸器[1]以結構簡單，占用空間小，易拆卸沖洗等優點在芳烴抽提裝置中得到了很好的應用。正是由于以塔體為殼程，限制了重沸器的規格不會太大，設備質量較小，塔內物料的波動會引起重沸器管束的振動。

B系列溶劑再生塔底蒸汽分布管內通入的蒸汽因含有水分，遇到高溫介質后會迅速氣化，形成的氣泡上行與金屬碰撞后發生破裂，重沸器因受到波及而發生上下振動。故蒸汽分布管的開孔大小對設備的振動有較大的影響，開孔越大，形成的氣泡也越大，對設備的波及影響就越大。

重沸器的不斷振動，致使換熱管與管板的連接部位及與支持板的配合部位受到連續的彎曲應力及剪切應力[2]。換熱管在持續的應力作用下最終發生破壞，支撐裝置在連續撞擊下發生脫落。

2.2 腐蝕破壞

有觀點認為設備腐蝕主要是由于環丁砜在高溫下（大于220℃）劣化，慢慢分解出SO2與可聚合物質對設備造成腐蝕[3]，其腐蝕機理為：

由表1可看出4臺換熱器的操作溫度均控制在220℃以下，雖然設備超負荷運行或空間狹小，不易流通都可導致溶劑局部高溫造成環丁砜分解，但操作溫度低于150℃（B系列貧溶劑/汽提水換熱器）的設備也發生了較嚴重腐蝕。

從以上分析可看出設備腐蝕破壞不僅是高溫導致環丁砜分解造成的[4,5]，還有多種其他因素共同作用的結果。由于溶劑的酸性越強，環丁砜的劣化速率越大。而環丁砜會發生水解，生成腐蝕性的磺酸；環丁砜中所含的雜質常溫下會分解成SO2，致使溶劑逐漸成酸性；溶劑中微量的氯離子逐漸積累，形成酸性氯化物；氧的存在也會加速環丁砜的分解。這些因素的疊加促使溶劑的酸性逐漸加劇，設備受到的酸性腐蝕破壞也逐漸加速。

3 建議

3.1 材料改進

更換管束材料，將碳鋼改用耐酸性腐蝕更好的不銹鋼或雙相鋼，延長管束的使用壽命及檢修周期；大直徑管板采用不銹鋼堆焊，節約設備成本；將金屬纏繞墊改為波齒墊，減少每次檢修都需更換墊片而產生的費用。

3.2 結構改進

針對插入式重沸器易受塔內物料波動影響而振動的特性，對結構進行如下改進：

（1）采用角鋼對重沸器支持板進行約束，并在支持板兩側焊上擋板，防止角鋼脫落。該結構易安裝，且約束效果好，可有效的控制重沸器的振動，同時也避免了約束裝置與管束的直接接觸而造成對換熱管的磨損；

（2）在滿足工藝所需蒸汽量的條件下，塔底蒸汽分布管上開均勻分布的小圓孔，分布管與重沸器管束形成一定角度布置，盡量減小或避免形成的氣泡破裂對重沸器的波動影響。同時還需考慮設備檢修的操作空間，使分布管與上端重沸器管束保持一定距離。

4 結語

裝置中注入單乙醇胺可緩解溶劑對設備的酸性腐蝕，但不能從根本上解決設備的破壞問題。B系列溶劑再生塔重沸器（E-410）管束更換時，對材料及結構進行了以上改進，運行至今無明顯振動且未出現泄漏，可見改進的建議可行。