全焊接板式換熱器泄漏原因分析及整改措施

韓榮學 葉 波

（西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠,重慶 401220）

全焊接板式換熱器泄漏原因分析及整改措施

韓榮學 葉 波

（西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠,重慶 401220）

介紹了全焊接板式換熱器在阿姆河第一天然氣處理廠脫硫脫碳系統的使用情況，對生產運行過程中發生的頻繁泄漏原因進行了分析，提出了針對性的整改措施，解決了泄漏頻繁的問題，保障了脫硫脫碳裝置的正常生產。

全焊接板式換熱器；脫硫脫碳；泄漏；水錘

CPK75全焊接板式換熱器是阿姆河第一天然氣處理廠脫硫脫碳溶液系統重要的工藝設備，用于對甲基二乙醇胺（MDEA）貧液和富液熱交換，其運行好壞對脫硫脫碳系統有非常重要的影響，自從2009年12月第一天然氣處理廠投入生產運行以來，脫硫脫碳系統的8臺板式熱器經常發生泄漏，并有逐步加大趨勢，不僅污染了生產現場環境，也會直接影響貧液和富液的換熱，進而影響到脫硫吸收塔的脫硫效果，甚至可能造成到H2S超標，嚴重影響脫硫脫碳裝置的正常平穩運行。

一、脫硫脫碳溶液系統工藝流程簡述

MDEA貧液在脫硫吸收塔C-1101從上而下與原料天然氣從下而上進行逆流接觸，將原料氣中幾乎所有的H2S和部分CO2吸收，從吸收塔頂出來的濕凈化天然氣至脫水裝置進行處理，吸收了H2S和CO2的MDEA貧液成為MDEA富液，從塔底流出并經水力透平回收能量后進入富液閃蒸罐D-1102，閃蒸出部分溶解的烴類氣體，富液閃蒸罐底部抽出的富液經貧富液換熱器E-1101A/B與胺液再生塔C-1103底來的MDEA貧液換熱，溫度升至約96.5℃后進入胺液再生塔進行再生出MDEA富液中的H2S、CO2酸氣，酸氣送至硫磺回收裝置進行處理。再生后的溶液從塔底出來后變成126.5℃的MDEA熱貧液，先經貧富液換熱器E-1101A/B與富胺液換熱至87.7℃左右，然后送至熱貧液泵P-1102A/B升壓，后經貧液空冷器E-1102和貧液后冷器E-1103冷至40℃，冷卻后的MDEA貧液先后進入胺液預過濾器F-1102、活性炭過濾器F-1103和精細過濾器F-1104進行過濾，除去溶液中的機械雜質、變質、降解產物。過濾后貧液去富液閃蒸塔C－1102和貧液循環泵P-1101A/B。去貧液循環泵P-1101A/B的貧胺液被泵送至胺液吸收塔C-1101，完成整個溶液系統的循環。E-1101A/B全焊接板式換熱器起著貧液和富液的換熱作用，是脫硫脫碳裝置的關鍵工藝設備。

二、全焊接板式換熱器的結構原理和特點

全焊接板式換熱器是一種沒有中間密封墊的焊接型板式換熱器，它能在緊湊的空間內具有很大的傳熱面積，板片采用1mm厚的316L不銹鋼薄板，將單個板片壓制成一定的凸高，單個板片兩兩正反通過翼邊組焊成一個板片組,板片四周交錯焊接，這種獨特的結構可以使傳熱板片通過翼邊焊接形成另一流體的通道，多個板片組焊接形成了兩個流體通道（圖1、2），因此該類型板式換熱器由多層板片焊接的板片組，及開有螺栓孔的剛性的長方形鋼架和面板組成，面板的作用是提高機械強度并分隔流體回路，各個回路均安裝一塊可拆卸的折流板，回路中熱貧液和冷富液分別連續經過3次換熱。設備通過在4塊碳鋼面板上的連接法蘭與管道連接，每塊面板上也分別設置了排污接管或排氣接管，可以進行溶液回收或排放氣體。熱貧液和冷富液在板式換熱器內進行逆流換熱，熱貧液高進低出，冷富液低進高出，這種傳熱性相比順流傳熱效果更好。

圖1 全焊接板式換熱器的板束

圖2 全焊接板式換熱器的通道示意圖

三、全焊接板式換熱器運行情況分析

1.全焊接板式換熱器參數運行情況

阿姆河第一天然氣處理廠一期工程共有4套天然氣處理裝置，每套脫硫脫碳溶液系統有兩臺全焊接板式換熱器，一用一備。自2009年12月第一天然氣處理廠投入生產運行以來，板式換熱器運行參數以E-1101A(1)為例，見表1。

表1 E-1101A（1）板式換熱器運行參數

2.與國內同裝置的列管式換熱器比較

與一般立管式換熱器相比，該板式換熱器具有傳熱系數高、單位體積內換熱面積大、價格低、質量輕、結構緊湊、占地面積小等特點，并具有以下優勢。

（1）由于板片熱交換充分、均勻，波紋深度變化范圍大，液體在板間流動順暢，沒有死區，阻力損失小。

（2）同一種流體在列管式換熱器內當雷諾數為4000～6000時才能達到湍流狀態，而在全焊接板式換熱器內，當雷諾數為100～300時就能達到湍流。

（3）流道不易堵塞。全焊接板式換熱器板片在四周交錯焊接后，在運行中由于熱脹冷縮現象，板片內應力釋放，會使板片內的污垢自動脫落下來，通常的污垢熱阻僅為列管式換熱器污垢熱阻的1/5～1/4。某天然氣凈化廠由于原料氣中的雜質進入脫硫系統，污染脫硫溶液，溶液中的固體雜質逐漸在脫硫塔塔盤上沉積，堵塞浮閥，造成脫硫吸收塔攔液，脫硫塔壓差增大，同時在經E-1202A/ B/C/D列管式換熱器管程時雜質會逐漸沉積在管程中，嚴重堵塞管程，裝置無法維持正常生產，裝置在2003年9月、2004年4月、2004年9月臨時停產時，對E-1202A/B/C/D管程進行了清洗。第一天然氣處理廠脫硫脫碳裝置的8臺全焊接板式換熱器運行6年多以來均未清洗過，從解體維修時觀察富液回路換熱板片上有非常薄的一層降解產物附著在其表面，而換熱板片內沒有發現機械雜質。貧液回路則呈現出不銹鋼本色，也不存在雜質和降解產物。從E-1101A（1）板式換熱器的運行參數壓力變化及溫度變化分析，均反映了換熱效果良好，也印證了管路不易堵塞的事實。

（4）實現不停產檢修。國內天然氣處理廠的貧富液換熱通常選用的是浮頭式換熱器，一般設計成兩臺或4臺熱器組進行串聯，當換熱器出現泄漏或其它異常狀況，往往需要停產才能進行檢修。全焊接板式換熱器一般并列安裝兩臺，一用一備，當一臺出現故障后能切換到另一臺，這樣不會因為板式換熱器出現故障而導致停產檢修。同時，板式換熱器在出現故障后能及時組織檢修，而浮頭式換熱器需要在停產或大修期間才能實施，極大的增加了工作量和勞動強度，對縮短大修工期也不利。

四、全焊接板式換熱器泄漏原因分析及整改措施

2.09年裝置投產運行到2013年6月，8臺全焊接板式換熱器陸續開始出現外漏，頻次越來越大，主要是芯部裂紋引起外漏。2010年至2013年上半年泄漏次數分別為2次、5次、8次和15次，嚴重影響了裝置的正常生產運行。

1.原因分析

針對板式換熱器出現泄漏頻繁故障，根據現場查看和分析，確認為板式換熱器富液側回路上部的排氣管線與富液出口管道的連接不當，見圖1，排氣管線與富液出口管線相連，但為一個倒“U”字形排氣管路，使得富液在升溫過程中產生的大量吸附氣體不能全部排放出設備而產生水錘現象，特別是在系統啟動或關閉期間最容易出現，可能使設備的瞬間操作壓力超出設備的設計壓力，嚴重時導致板式換熱器芯部或板片產生裂紋而發生泄漏。另外不能同時啟動和停運熱貧液回路和冷富液回路，應嚴格控制溫升和溫降，以免對設備產生熱沖擊或不必要的應力。

2.整改措施

（1）工藝整改。根據現場實際管道安裝情況，需將板式換熱器富液回路上部的排氣管線水平延長后，與富液出口管線豎直段相連，避免倒“U”字形，見圖3，由于富液出口閥前的管段均為水平布置，只能將富液排氣管線接在出口閥后的豎直管線上，裝置正常生產運行期間無法實施，故在2013年5月至6月裝置停產大修期間實施了整改，見圖4。

（2）操作優化。啟運時先啟運冷富液回路，再逐步緩慢開啟熱貧液回路的閥門5min以上，且每小時溫升不能超過60℃，避免設備產生熱沖擊或不必要的應力，停運時操作相反。

3.實施效果

通過整改和優化操作，2014年發生了5次泄漏，2015年發生了2次泄漏，并呈逐年下降，可以判斷出，富液在升溫過程中產生的大量吸附氣體能被順利帶出，降低了發生水錘的風險，也避免了設備產生熱沖擊或不必要的應力，泄漏故障頻率大大降低，效果非常好。

圖3 整改前的倒“U”型排氣管

圖4 整改后排氣管

五、結語

全焊接板式換熱器對富液排氣管整改后，富液在升溫過程中產生的氣體被能順利帶出，使得換熱器泄漏故障頻率大為降低，運行情況良好。節約了檢修維護費用，降低了生產成本,減少了環境污染，經濟效益和社會效益十分顯著。

[1]李宗會.超薄板換熱器的研制[J].壓力容器，1998,4:51-53.

[2]祁玉紅，李治國.全焊接板式換熱器的制造工藝簡介[J].輕工機械，2007,3:124-125.

[3]王軍，岑永虎，熊運濤等.板式換熱器在引進裝置脫硫系統中的應用[J].石油與天然氣化工，2006,4:310-314.

TE6

B

1671-0711（2016）05-0075-03