蒸汽加熱器泄漏原因及在線處理方法

郭德銘

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司甲醇事業(yè)部，河南 濮陽　457000)

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蒸汽加熱器泄漏原因及在線處理方法

郭德銘

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司甲醇事業(yè)部，河南 濮陽457000)

摘要：通過對本公司蒸汽加熱器泄漏原因進(jìn)行分析，利用帶壓開孔新技術(shù)對蒸汽加熱器進(jìn)行不停車在線更換，避免了全裝置的停車事故，保證了大型空分裝置以及后續(xù)裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，并為同行提供了實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：分子篩；蒸汽加熱器；帶壓開孔

河南能源化工集團(tuán)中原大化公司甲醇空分項(xiàng)目，裝置采用杭氧股份公司設(shè)計(jì)的KDON-52000/611000型成套空分設(shè)備。該裝置自2007年11月試運(yùn)行以來，多次出現(xiàn)因蒸汽加熱器泄漏造成的系統(tǒng)CO2超標(biāo)現(xiàn)象。特別是最近兩年，臨近設(shè)計(jì)使用壽命末期，蒸汽加熱器泄漏更是給生產(chǎn)帶來了更多的影響。本文結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，對設(shè)備泄漏原因進(jìn)行分析，并對實(shí)際處理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1分子篩蒸汽加熱器運(yùn)行工藝

本公司分子篩純化系統(tǒng)采用工藝成熟的臥式分子篩，蒸汽加熱污氮?dú)庾鳛榉肿雍Y再生氣源。分子篩吸附器是成對交替使用，分子篩A工作時(shí)，分子篩B再生。吸附器再生前后分四步進(jìn)行：泄壓、加熱、吹冷、充壓。在加熱過程中，從冷箱出來的污氮?dú)夂蛷恼羝芫W(wǎng)過來的蒸汽在蒸汽加熱器中進(jìn)行換熱，走管程的氣液混合物經(jīng)氣液分離器分離蒸汽冷凝液去冷凝液儲罐，走殼程的污氮?dú)獗患訜嶙鳛榉肿雍Y再生氣。

圖1　分子篩蒸汽加熱器運(yùn)行工藝流程圖

2蒸氣加熱器存在的問題

2.1　蒸汽加熱器故障現(xiàn)象

2014年2月份，分子篩出口二氧化碳分析數(shù)據(jù)突然出現(xiàn)上漲現(xiàn)象，查閱分子篩二氧化碳分析出口表趨勢，發(fā)現(xiàn)開始出現(xiàn)波動(dòng)并逐漸增大，由正常運(yùn)行的小于1×10-6，在分子篩工作末期增加到2.3PM。我們做出了蒸汽加熱器泄漏的判斷。幾天后隨著漏量的增大，在分子篩工作末期出口二氧化碳分析上漲至10×10-6甚至超量程，CO2嚴(yán)重超指標(biāo)。同時(shí)在分子篩加熱階段，再生在線水分析表由的正常值的小于1×10-6，上漲至超分析表量程。冷箱低壓換熱器壓差增大，上下塔阻力減小，氧純度下降，系統(tǒng)被迫降負(fù)荷運(yùn)行。

2.2　對裝置的影響

因蒸汽加熱器蒸汽泄漏至熱的再生污氮?dú)庵校斐稍偕鄣獨(dú)馑莺砍瑯?biāo)[1]，分子篩不徹底，造成分子篩吸附能力下降，工作時(shí)出口CO2含量上漲，干冰等雜質(zhì)進(jìn)入高、低壓換熱器及下塔，換熱器阻力增加，上、下塔阻力減少，產(chǎn)品產(chǎn)量下降。

由于再生污氮?dú)夂谐瑯?biāo)的水分，多余水分進(jìn)入分子篩孔隙中，分子篩機(jī)械強(qiáng)度下降部分粉化，失去吸附能力，使用壽命大大降低，同時(shí)粉化的分子篩在氣流帶動(dòng)下，易進(jìn)入換熱器中，造成換熱器壓差增加。

分子篩吸附能力下降，通過分子篩的乙炔等碳?xì)浠衔锖吭黾樱档土嗽O(shè)備的安全系數(shù)。

2.3　泄漏后采取的措施

(1)增加分子篩再生污氮?dú)饬浚越档臀鄣獨(dú)庵姓羝浚?/p>

(2)提高加熱蒸汽溫度由至操作溫度上限，盡可能確保分子篩再生效果；

(3)降低循環(huán)水溫度，減少空氣中飽和含水量，以降低分子篩再生負(fù)荷；

(4)加強(qiáng)各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)護(hù)工作，做好事故預(yù)案，避免事故擴(kuò)大化。

3蒸氣加熱器常見泄漏原因

3.1　蒸汽加熱器簡介

蒸汽加熱器是用過使用高溫高壓的飽和蒸汽，進(jìn)入加熱器管束管程，與來自殼程的污氮?dú)膺M(jìn)行熱交換來加熱污氮?dú)獾摹Ｄ壳皣鴥?nèi)大多已經(jīng)使用上節(jié)能型蒸汽加熱器(如圖2所示)，經(jīng)過加熱管束的飽和蒸汽在氣液分離器中進(jìn)行氣液分離后，高溫的冷凝液再次返回蒸汽加熱器進(jìn)入預(yù)熱管束，對污氮?dú)膺M(jìn)行初步熱交換變成冷水流出。污氮?dú)饨?jīng)過預(yù)熱管束初步預(yù)熱，再通過加熱管束加熱到所需要的溫度后離開蒸汽加熱器，對分子篩進(jìn)行加熱。節(jié)能型蒸汽加熱器充分利用蒸汽熱量，降低了綜合能耗，是目前國內(nèi)較為主流的設(shè)備。

圖2　節(jié)能型蒸汽加熱器

3.2　常見泄漏原因

3.2.1管束泄漏

管束泄漏是在換熱器檢修中常見的現(xiàn)象，特別是在與污氮?dú)馐紫冉佑|的一側(cè)管束。我廠也對該區(qū)域泄漏管束進(jìn)行了多次封堵處理，經(jīng)過細(xì)致分析，判斷該位置管束泄漏主要有四個(gè)原因：

(1)污氮?dú)鈿饬鳑_刷引氣管束振動(dòng)

蒸汽加熱器管束較長，污氮?dú)鈴囊粋?cè)高速通過，最外側(cè)管束迎風(fēng)受力，隨著污氮?dú)饬鞑▌?dòng)，管束也隨之振動(dòng)。振動(dòng)的管束與管束、固定管束的管板或折流板反復(fù)摩擦，壁面逐步減薄，最終導(dǎo)致管內(nèi)通蒸后泄漏。

(2)反復(fù)加熱冷卻引氣材料疲勞

蒸汽加熱器是周期運(yùn)行設(shè)備，整個(gè)管束與殼側(cè)溫差最大的位置對應(yīng)的也是污氮?dú)膺M(jìn)氣位置。管束經(jīng)過頻繁加熱降溫，其自然膨脹或收縮受到約束產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力累計(jì)到一定數(shù)值，材料本身就會(huì)發(fā)生塑性變形或蠕變，產(chǎn)生疲勞裂紋。

(3)材料自身及制造缺陷

材料自身及制造缺陷是設(shè)備生產(chǎn)常見問題。只能督促制造商加強(qiáng)對設(shè)備材料及產(chǎn)品質(zhì)量的管控。

3.2.2管板泄漏

(1)蒸汽沖刷管板

相對于常見的殼程蒸汽加熱換熱器，污氮?dú)庹羝訜崞髡羝吖艹獭闹鞴軄淼恼羝诜忸^內(nèi)被分配到更細(xì)的管束中，進(jìn)氣方向不可避免對管板進(jìn)行沖刷。管板焊縫在長時(shí)間周期性高溫蒸

汽沖刷下，容易造成脫落，開裂。

(2)水擊引起的震動(dòng)

蒸汽加熱器工作初期，大量污氮?dú)膺M(jìn)入換熱器，蒸汽量逐步增加，由于管束溫度較低，蒸汽部分在加熱管束中冷凝，從而造成水擊現(xiàn)象，引起管束震動(dòng)，頻繁的震動(dòng)會(huì)引起管束與管板焊縫開裂。

我公司根據(jù)運(yùn)行參數(shù)及以往檢修經(jīng)驗(yàn)，判斷本次管束泄漏可能性較大。在優(yōu)化工藝的同時(shí)，技術(shù)人員聯(lián)系加熱制造廠家訂購新的管束。由于新管束制作周期與生產(chǎn)需求時(shí)間的沖突，為避免非計(jì)劃停車帶來的損失，決定租賃兄弟廠家閑置蒸汽加熱器實(shí)施在線切換處理，并在新管束到貨后，擇機(jī)回裝管束。

4在線更換處理

4.1　實(shí)施方案

為不影響其他裝置生產(chǎn)運(yùn)行，所有施工都在線進(jìn)行。在線并裝設(shè)備屬空分廠首次嘗試，鑒于帶壓開孔施工單位具有較高相應(yīng)安裝資質(zhì)及相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)多次開會(huì)論證設(shè)備安裝及施工確定可行。租賃的加熱器配套空分產(chǎn)量大于我廠空分，滿足我廠生產(chǎn)需求，參照安裝建設(shè)要求及工藝需求，在原加熱器旁邊就近安裝。

原加熱器污氮?dú)膺M(jìn)出口管線帶壓開孔，配管與新加熱器對應(yīng)口相連。自北側(cè)低壓蒸汽管線開孔連接新加熱器蒸汽入口，底部冷凝液出口與氣液分離器入口相連。氣液分離器至原加熱器回收管線切斷，連接至冷凝液外排管線。新加熱器底部冷凝液出口焊接三通，增設(shè)一條就地排放管線。同時(shí)提高次中壓蒸汽壓力，滿足新舊加熱器使用要求。經(jīng)過兩個(gè)周期運(yùn)行，確定新加熱器能夠穩(wěn)定使用，并滿足系統(tǒng)要求。為保障施工安全，系統(tǒng)冷吹階段在原加熱器污氮?dú)膺M(jìn)出口法蘭插入盲板，

將故障加熱器切出。

原故障加熱器管束抽出后做氣密檢查，發(fā)現(xiàn)仍是污氮?dú)馊肟趥?cè)管束開裂，經(jīng)過堵漏后，作為應(yīng)急備件入庫保存。

4.2　運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

表1

4.3　事故處理中的不足

(1)熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)認(rèn)識不透徹，沒有及時(shí)準(zhǔn)確分析判斷出蒸汽加熱器泄漏。

(2)分子篩出口二氧化碳含量開始上漲時(shí)沒有果斷采取降負(fù)荷措施，導(dǎo)致對分子篩吸附能力產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

(3)分子篩出口二氧化碳含量嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)沒有果斷采取停車措施，導(dǎo)致高低壓換熱器通道堵塞，冷箱工況急速惡化。

5結(jié)束語

分子篩蒸汽加熱器采用在線處理的方法，能夠有效避免空分系統(tǒng)計(jì)劃外停車。我公司通過這次應(yīng)急事故處理不但提高了操作人員應(yīng)對復(fù)雜工況的能力和經(jīng)驗(yàn)，而且給本行業(yè)同行進(jìn)行類似問題提供了借鑒的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李艷兵，安志軍.空分裝置蒸汽加熱器泄漏的影響及處理[J].黑龍江科技信息，2013，(11)：1.

《化工設(shè)計(jì)通訊》征稿啟事

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煤 化 工

Leakage and In-service Treatment of Steam Heater

GUODe-ming

(Zhongyuan Dahua Company of Henan Energy Chemical Group，Puyang，457004)

Abstract：This article analyzes the reason of steam heater leakage and introduces the in-service replacement by use of perforating under pressure. This assures the long-time operation for large-scale air separation device.

Key words：molecular sieve；steam heater；perforating under pressure

中圖分類號：

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1003-6490(2015)01-0045-03

作者簡介：郭德銘(1971-)，男，河南濮陽人，化工工藝工程師，1994年畢業(yè)于河南省化工學(xué)校，現(xiàn)為河南能源化工集團(tuán)中原大化公司甲醇事業(yè)部副總經(jīng)理。

收稿日期：2014-12-20