煉化裝置換熱器泄漏原因調查與分析

崔軻龍 馬紅杰

（中國石油股份有限公司獨山子石化分公司，新疆 獨山子 833699）

0 引言

在煉化裝置生產過程中，換熱器是生產過程中實現熱量交換和傳遞的重要設備，使流體溫度達到流程規定的指標，以滿足過程工藝條件的需要，同時也提高能源利用率的主要設備，廣泛分布于生產的各個環節。同時，換熱器泄漏已成為影響煉化裝置安全、長周期運行的重要因素之一。

某石化公司近年共有67臺換熱器發生泄漏，涉及煉油、化工多套裝置的工藝介質換熱器、循環水冷卻器及蒸汽系統換熱器等多個系統，點多面廣，嚴重影響了煉化裝置正常生產。本文針對發生泄漏的換熱器泄漏現狀進行了調查與分析，并對重點制約裝置長周期運行的泄漏換熱器進行原因分析并提出解決對策。

1 換熱器泄漏原因調查與分析

從發生泄漏的換熱器的現狀調查發現，在67臺發生泄漏的換熱器中，有55臺發生在化工裝置，其中工藝介質換熱器43臺，循環水冷卻器12臺，芳烴裝置2臺再沸器在泄漏堵漏后不久發生二次泄漏；有12臺發生在煉油裝置，其中工藝介質換熱器11臺，循環水冷卻器1臺。泄漏類型分析統計如表1所示，各個泄漏類型所占的比例如圖1所示。

表1 換熱器泄漏類型分析統計表

圖1 換熱器泄漏類型所占比例

由表1及圖1 可以看出，換熱器發生泄漏的主要類型及所占泄漏總數的比例：工藝介質腐蝕（43%）、循環水腐蝕（1 9%）、設計缺陷（18%）、制造缺陷（6%）、密封泄漏（11%）以及其它（3%）等6個方面。

1.1 工藝介質腐蝕

換熱器泄漏的類型中，工藝介質腐蝕發生的泄漏所占比例最大。由于換熱器管束所接觸的介質比較復雜，往往具有高溫、高壓、高流速、強腐蝕等特點。換熱管的表面腐蝕，是泄漏中最常見的現象，約占腐蝕泄漏的90%，它是介質的沖刷和介質中化學物質侵蝕綜合作用的結果[1]。因工藝介質腐蝕原因導致泄漏換熱器重點集中在100萬噸/年乙烯裝置稀釋蒸汽系統（稀釋蒸汽發生器泄漏9臺）、1000萬噸/年蒸餾裝置常頂系統（常頂油氣-原油換熱器泄漏4臺）以及苯乙烯裝置、芳烴裝置蒸汽系統（蒸汽再沸器泄漏3臺）、丁苯橡膠裝置冷凍系統（蒸發器泄漏1臺）等系統。

1.1.1 稀釋蒸汽發生器

乙烯裝置稀釋發生器管束腐蝕泄漏原因為縫隙腐蝕[2]，工藝水中的主要腐蝕介質為Cl-及少量的酸根離子，換熱器制造過程中管束與管板之間存在的配合間隙為殼程工藝水中的腐蝕性介質提供了貯留、聚集環境，管程進口處的蒸汽溫度較高使得腐蝕介質濃縮，形成了腐蝕性較強的腐蝕環境，導致換熱器管束進口處發生腐蝕泄漏。

防護措施：（1）提高設備制造質量；（2）使用過程中嚴格控制工藝防腐措施，加強注堿工藝操作，按工藝指標控制pH值；c、防止Cl-濃縮，根據監測情況及時調整工藝水排污量。

1.1.2 常頂油氣-原油換熱器

蒸餾裝置常頂原油-汽油換熱器汽油入口端管束腐蝕泄漏的原因為HCl露點腐蝕與垢下腐蝕共同作用的結果，腐蝕形貌為點蝕與氯化物應力腐蝕開裂。結垢的主要原因為常頂系統注水為脫硫凈化水，水質不佳，注水量偏低，常頂pH值控制偏堿性。換熱器管板為16Mn堆焊6mm厚2507雙相不銹鋼堆焊層，在焊接、機加工過程中會存在一定的殘余應力，因此管板在拉伸應力、溫度和氯化物的共同作用下 開裂。

防護措施：（1）加強工藝防腐措施的管理，嚴格控制脫后鹽含量及常頂注劑加注，將常頂系統pH值控制在5.5～6.5之間，避免堿性環境下系統結垢；（2）提高常頂注水量，注水量可提高到餾出量的7%以上，將注水改為蒸汽凝結水，改善注水水質。

1.1.3 蒸汽再沸器

烯烴聯合車間的苯乙烯裝置、芳烴裝置蒸汽再沸器腐蝕泄漏的主要原因為高壓蒸汽、中壓蒸汽對管束表面的沖蝕，芳烴裝置的2臺再沸器在管束泄漏進行水壓試驗、管束堵漏后，數月內再次發生管束泄漏。

防護措施：對烯烴聯合車間苯乙烯裝置、芳烴裝置的蒸汽系統的壓力、流速及溫度進行檢查，計算實際使用狀況與設備、管線的設計值是否匹配，及時調整。

1.1.4 冷凍系統蒸發器

丁苯橡膠裝置冷凍系統蒸發器管程腐蝕嚴重（管程介質設計為50%乙二醇水溶液，實際工況為30%～40%乙二醇水溶液），管程內表面密布蜂窩狀蝕坑，局部腐蝕穿孔。腐蝕泄漏原因為乙二醇水溶液儲罐為開放系統，在乙二醇水溶液循環使用的過程中帶入大量溶解氧，造成蒸發器管束內壁腐蝕泄漏。

防護措施：（1）提高乙二醇/水比，達到工藝要求的1：1比例，對乙二醇水溶液存儲罐采取通氮密封，避免氧氣進入系統；（2）對蒸發器采取犧牲陽極的保護或系統加注緩蝕劑；（3）可對換熱器進行管程內壁涂料防腐。

1.2 循環水腐蝕

本文討論的循環水冷卻器的泄漏為因循環水腐蝕造成的泄漏，主要集中在22萬噸/年乙烯裝置、聚乙烯裝置及聚丙烯裝置。循環水腐蝕的腐蝕類型主要為以下幾個方面[3]：

換熱器表面的磨損腐蝕，指高速流體對金屬表面已經生成的腐蝕產物的機械沖刷作用和新裸露金屬表面的腐蝕作用的綜合[4]。

電化學腐蝕，當介質流動不均或滯留時很容易在換熱管表面形成沉積物，由于沉積物是不連續不牢固且不均勻的，在某些部位形成了裂縫和間隙，由于縫內外氧的差異而形成了電化學腐蝕。

化學腐蝕，主要是由于水中pH值降低、水汽滲透、溶解氧的存在以及水中有害的陰離子（Cl-，S2-等）侵蝕而引起的化學腐蝕。

從循環水冷卻器腐蝕情況看，循環水破碎填料過多，堵塞換熱器管束，影響循環水流速引起的電化學腐蝕。應加強循環水過濾及填料更換管理，避免填料碎片堵塞換熱器；同時，加強循環水系統工藝管理。

1.3 設計缺陷

存在設計缺陷的12臺加熱器全部集中在丁苯橡膠裝置，其中提升風加熱器6臺、熱箱風加熱器6臺，為空氣與過熱蒸汽取熱，導致所有加熱器均存在管箱泄漏嚴重，已全部重新設計，進行了更換。

1.4 制造缺陷

存在制造缺陷的換熱器具有一定的偶然性，所泄漏的4臺換熱器分布在4套不同的裝置。換熱器管束的制造過程為先將管束穿入管板脹接，再對穿過管板的管子前端進行焊接，因此，換熱器存在制造缺陷的主要形式為制造過程中個別管束與管板脹接部位管孔的配合間隙超標、焊縫質量缺陷（未焊透、裂紋、砂眼等）。使用過程中，制造缺陷成為薄弱環節，在沖刷、腐蝕等作用下，極易在短時間內導致換熱器泄漏。因此，嚴格控制換熱器管束制造質量，能有效避免因制造缺陷發生的泄漏。

1.5 密封泄漏

存在密封泄漏的7臺換熱器（3臺板式換熱器，4臺浮頭式換熱器）全部為密封墊片泄漏。資料表 明[5]，導致換熱器密封墊片泄漏的因素很多，有密封面缺陷、墊片的實際尺寸與密封面的尺寸不符、墊片質量缺陷、安裝不規范及操作條件等。因此，需要在密封墊片的采購、保存及安裝各個環節嚴格把關，可降低密封泄漏的可能性。

2 泄漏換熱器的檢修

對于因腐蝕、沖刷等原因導致管束發生泄漏的換熱器檢修，在時間緊迫的情況下，通常僅采用一定壓力的水壓試驗，找出泄漏管束后堵漏處理。

烯烴聯合車間芳烴裝置的2臺再沸器在管束泄漏僅進行水壓試驗、管束堵漏后，數月內再次發生管束泄漏。與之相比的是重整加氫聯合車間芳烴裝置二甲苯塔底重沸器于2013年7月發生泄漏，以2.0MPa壓力進行水壓試驗，管束沒有明顯的出水，管束管壁掛有水珠，多處管子都有積水現象，用壓縮空氣吹掃，多根管束都有水被吹出，并且無法明確判斷泄漏情況，判斷可能是管子腐蝕減薄造成管壁滲漏，進而對管束進行了渦流檢測，發現6根管束有明顯減薄現象，于2013年12月更換新的再沸器管束，期間該重沸器無泄漏發生。

從上述兩個案例對比可以看出，因腐蝕、沖刷等原因導致管束發生泄漏的換熱器在檢修時，僅從水壓試驗很難全部查出泄漏管束，在對泄漏管束堵漏后短期內再次發生泄漏的概率極高，因此，對于此類換熱器管束應進行渦流檢測，及時處理減薄嚴重的管束，能夠有效避免再次泄漏。

3 結論

（1）工藝介質腐蝕、循環水腐蝕、設計缺陷、制造缺陷及密封泄漏是導致煉化裝置換熱器泄漏的重要因素；

（2）為有效避免因腐蝕原因造成的換熱器管束泄漏，應加強裝置運行過程中工藝防腐措施及循環水系統管理，嚴格按工藝控制指標進行操作，尤其是注劑、注水及堿洗等部位的工藝管理；

（3）加強換熱器的設計、制造及密封墊片采購、安裝等環節進行質量把控，避免設備本體缺陷造成的泄漏；

（4）對烯烴聯合車間苯乙烯裝置、芳烴裝置的蒸汽系統壓力、流速及溫度進行檢查，實際使用狀況與設備、管線的設計值是否匹配；

（5）因腐蝕、沖刷原因引起的換熱器泄漏，在檢修過程中應對管束進行渦流檢測，對于減薄嚴重的管束同時進行處理，可降低再次發生泄漏的概率。