急冷水冷卻器泄漏的判斷與處理

于振清

（中國石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300270）

急冷水系統在乙烯裝置中具有承上啟下的作用，從汽油分餾塔頂部來的裂解氣進入急冷水塔中下部，在塔內分別由兩段循環急冷水進行冷卻，把重烴（汽油）和水分離之后，28～39℃的裂解氣進入裂解氣壓縮機系統。循環急冷水溫度控制在85℃左右，用來提供低位的工藝用熱，用于石腦油進料預熱器、裂解氣加熱器、脫乙烷塔再沸器、丙烯精餾塔再沸器、空氣預熱器等，最終循環急冷水被冷卻水冷卻后返回急冷水塔。循環急冷水系統流程詳見圖1。

圖1 循環急冷水系統流程

2017年2月中旬，冷卻水出現異味，不僅對空氣環境造成很大影響遭周圍居民投訴，同時冷卻水系統也因需要大量置換而影響使用；另外急冷水系統液位下降，也需要補入大量脫鹽水維持液位平衡。出現這種情況，只能說明換熱器出現了內漏。

1 急冷水系統換熱器泄漏分析

1.1 稀釋蒸汽進料量減少

急冷水經過工藝水汽提塔之后作為下游稀釋蒸汽罐的進料，經稀釋蒸汽發生器發生蒸汽，再進行過熱后進入裂解爐。在裂解爐蒸汽總量沒有減少的情況下，稀釋蒸汽進料量由之前的平均40 t/h降至35 t/h左右，進入下游系統的物料明顯減少，說明上游系統出現泄漏。

1.2 稀釋蒸汽排污量大幅減少

2017年1月下旬，稀釋蒸汽排污量出現異常減少，從最初的6 000 kg/h下降到500 kg/h，急冷水塔只能通過補水來保持液位平衡。

1.3 換熱器參數分析

從表1對比可以看出，EA115、EA120、EA117三臺換熱器的殼程壓力高于管程壓力；如果換熱器出現泄漏，只能導致系統排污量增加而不是減少。因此這三臺換熱器可以排除，接下來對其它四臺冷卻水換熱器進行取樣分析。

1.4 換熱器水樣對比分析

從圖2看出，EA1113換熱器出口的冷卻水中COD含量明顯高于循環冷卻水，在110 mg/L左右，其它換熱器冷卻水中的COD含量與循環水中含量基本接近，說明其它換熱器正常。因此可以判斷EA1113換熱器存在泄漏。

圖2 冷卻水換熱器COD分析

2 處理過程

由于EA1113換熱器的冷卻水側只在出口設置了一臺蝶閥，冷卻水入口沒有閥門；而急冷水入口側僅有一臺蝶閥，出口沒有閥門。由于換熱器進出口閥門不全，無法將換熱器切出處理，因此必須在線對急冷水出口側和冷卻水入口側進行帶壓封堵作業，為換熱器切出創造條件。

2.1 帶壓開孔作業前準備

由于冷卻水入口管線距離較短，封堵機具較大，現場無法施工，因此需要對地下管線進行擴挖。開挖操作坑為管線以下0.7 m，寬度3 m，封堵設備安裝方向長3 m，封堵設備安裝背面1 m的作業坑，并保證坑內無水，做好防塌陷措施。

對開孔管線部位進行測厚，防止局部減薄而在開孔過程中出現較大泄漏。

2.1.1 帶壓開孔作業

在選定部位將帶有法蘭的封堵三通裝具焊至管道上進行無損檢測，同時裝具與管道的安裝應符合設計要求。

將專門開孔及封堵作業設計的閥門在焊接好的裝具法蘭上安裝。與標準閥門相比，它具有較短的結構和較大的通徑，較短的結構可以減少開孔機具和封堵器的行程，而較大的通徑可以滿足開孔和封堵的要求。

將開孔機前端事先安裝好開孔刀、導向鉆及連箱后整體安裝在閥門上，確認所有安裝無誤、密封可靠后將閥門開至最大，即可進行鉆孔作業。鉆孔過程中要隨時調節，防止鉆桿受力過大彎曲或折斷。

帶壓開孔完成后緩慢退回螺桿，提升鉆桿和鉆頭，取出切割的管線，使鉆頭順利退出至閥門的上密封面，后關閉閥門。

2.1.2 帶壓封堵作業

使用封堵機具安裝封堵設備。將封堵器下放到位，打開夾板閥往下送封堵頭，送到位后進行封堵，把管段封死，利用泄壓孔將管線余壓引到安全位置。

封堵設備安裝后，系統被有效隔離，此時可以對隔離出的管線進行切割、安裝閥門的作業。（急冷水管線中油含量較高，在施工焊接過程中要做好管線的工藝處理）當新閥門安裝后，將封堵器進行解封，然后將封堵頭收回到連箱內，關閉閥門。

吊裝下堵器，打開夾板閥，送入塞堵板，利用橡膠條密封把管線內的壓力封死，拆除夾板閥和下堵器。將連箱內壓力卸為零，將下堵器安裝在夾板閥上進行塞堵，后將夾板閥拆除，安裝好盲法蘭蓋，施工結束。

2.2 換熱器切出檢修

2017年3月6日對EA1113換熱器急冷水側以及冷卻水側增加隔離閥門后，成功將換熱器切出。換熱器切出后，避免了急冷水泄漏到循環冷卻水中，循環水水質得到了保證。另外，補水閥關閉以后脫鹽水量恢復正常；急冷水塔液位明顯上漲，排污量、循環水中COD含量也恢復至正常水平，詳見圖3。

圖3 四臺急冷水冷卻器的COD跟蹤分析數據

3 換熱器泄漏分析

3.1 酸、堿對換熱器的腐蝕

原料在裂解過程中會有大量的酸性物質產生，這些酸性物質包括有機酸和無機酸，夾在裂解氣含水凝液中呈現較高酸性，與鐵反應會對設備造成腐蝕。

為了緩解酸性物質對系統的腐蝕，傳統的處理方法是加入NaOH中和，一旦控制不好PH值過高，還會造成堿性腐蝕。

3.2 沉積物導致的電化學腐蝕

換熱管表面在媒介無阻礙流動時不會有沉淀存在，反之就會形成沉積物。部分部位會因為沉積物不連續不牢固且不均勻而出現裂縫和間隙，電化學腐蝕則因為縫內、外氧含量的差異而產生。從換熱管表面的水垢可以看出循環冷卻水水質較差，如圖4所示，因此出現電化學腐蝕不可避免。

圖4 換熱器檢修前

3.3 換熱器運行周期過長

EA1113換熱器已經連續運行22年，由于長期在工藝條件苛刻的情況下運行，使用壽命已到極限（設計腐蝕裕量是3 mm），從換熱器試壓情況看，換熱器存在較多的泄漏點，詳見圖5。

圖5 試壓后的換熱器管束

4 改進措施

4.1 對于使用時間較長的循環水換熱器制定更換計劃

對所有在用的循環水換熱器進行梳理，上報備件，利用裝置檢修機會對換熱器進行更換，并在新換熱器管束的內、外表面做好防腐處理。

2020年5月利用裝置檢修的機會，對EA113、EA114兩臺急冷水循環冷卻器進行整體更換；同時為了便于換熱器在線切出，在EA113管程的急冷水出口、入口和殼程的冷卻水入口加裝了隔離閥門。

4.2 循環水換熱器預膜處理

換熱器檢修完畢后，在封頭內安裝鋅塊或鎂塊作為陽極保護。由于鋅、鎂塊比碳鋼活潑，先被腐蝕，從而保護碳鋼設備在一定時期內免受腐蝕。

裝置檢修結束，循環水換熱器投用時，首先在循環水中分別加入分散劑、緩蝕劑，對換熱器管束內進行預膜處理，同時調整PH值在5.5～7.0。

4.3 嚴格控制好急冷水、冷卻水的品質，減少腐蝕

將急冷水、循環水的各項工藝防腐控制指標納入工藝卡片管理，編制工藝防腐月報。

5 結論

換熱器泄漏而又無法切出檢修會導致整套裝置停工，不僅關系到裝置能否長周期運行，影響生產的經濟性，還常常威脅到其它設備的安全運行，甚至引起嚴重的設備損害事故。裝置停工還會消耗大量的人力、物力、財力。帶壓開孔、帶壓封堵技術的應用確保了在不影響系統正常運行的情況下可以加裝隔離閥門，保證換熱器可以正常切出檢修。這不僅避免了裝置為檢修換熱器而停工帶來的物料損失，又避免了裝置因停產引起的火炬大量排放對周圍環境造成的影響。由于帶壓開孔、帶壓封堵技術具有一定危險性，因此必須制定詳細計劃、周密部署以及切實可行的施工方案方可實施。