化工廠再沸器泄漏原因分析

崔巖　王振明　崔騫

摘 要：某化工廠丁烯解析塔再沸器發(fā)生泄漏。為查明原因，防止類似事件再次發(fā)生，本文首先進(jìn)行取樣與檢查，然后開展樣品檢測(cè)，分析其泄漏原因，最終提出預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：化工廠;再沸器泄漏;丁烯解析塔;原因分析

中圖分類號(hào)：TQ05 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）23-0117-04

Analysis of Leakage Causes of Reboiler in Chemical Plant

CUI Yan1 WANG Zhenming1 CUI Qian2

（1. Shandong Institute for Product Quality Inspection，Jinan Shandong 250100;2. Qingdao Economic and Technological Development Zone Haier Water Heater Co.， Ltd.，Qingdao Shandong 266500）

Abstract： A chemical plant butene analysis tower reboiler leaked. In order to find out the reasons and prevent similar incidents from happening again， this paper first conducted sampling and inspection， then carried out sample testing， analyzed the causes of the leaks， and finally proposed preventive measures.

Keywords： chemical plant;reboiler leakage;butene analysis tower;cause analysis

某化工廠丁烯解析塔再沸器為立式管側(cè)熱虹吸再沸器，其優(yōu)點(diǎn)為循環(huán)速度高，傳熱膜系數(shù)高于水平式，有很好的防垢作用，特別適用于高分子材料;其缺點(diǎn)是垂直管不易拆卸、清洗及維修，另外，塔底液面高度大約與再沸器上部管板處于同一水平面，這就提高了塔底的標(biāo)高，使造價(jià)增大[1]。再沸器結(jié)構(gòu)如圖1所示，實(shí)物如圖2所示。

發(fā)生泄漏的再沸器工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)等信息如表1所示。

1 取樣與檢查

對(duì)再沸器進(jìn)行拆解取樣，如圖3所示。上端管板與換熱管連接處可見部分管子端口被焊接封堵，廠家人員介紹，泄露主要發(fā)生在某些換熱管的管壁上以及換熱管端頭與管板的焊接處。發(fā)生泄露后，廠家已將涉及的管子全部進(jìn)行了封堵。被封堵的換熱管均在蒸汽進(jìn)口附近，進(jìn)一步拆解發(fā)現(xiàn)，蒸汽進(jìn)口處的防沖擋板已經(jīng)脫落，目視可見防沖擋板與筒壁焊接部位未熔合，如圖4所示。

由于已經(jīng)封堵的換熱管已經(jīng)破壞了其原始形態(tài)，故從臨近的尚未發(fā)生泄漏的區(qū)域截取試樣，樣品照片如圖5所示。封堵的管子上普遍發(fā)現(xiàn)存在漏點(diǎn)，如圖6所示。沿未封堵的換熱管軸向?qū)Q熱管和管板切割開，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，換熱管和管板間有肉眼可見間隙，換熱管平直、無明顯變形，如圖7所示。

2 樣品檢測(cè)

2.1 化學(xué)成分檢測(cè)

查閱圖紙發(fā)現(xiàn)，管板材質(zhì)為20號(hào)鋼（Ⅲ級(jí)鍛件），換熱管材質(zhì)為20號(hào)鋼，對(duì)取樣的管板和換熱管分別進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，管板化學(xué)成分實(shí)測(cè)值不符合《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》（NB/T 47008—2017）的要求，具體為：Mn含量低于標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求的下限;換熱管化學(xué)成分實(shí)測(cè)值符合《石油裂化用無縫鋼管》（GB 9948—2013）的要求。另外，管板和換熱管化學(xué)成分的實(shí)測(cè)值差別不大。

2.2 能譜檢測(cè)

對(duì)再沸器換熱管的腐蝕泄漏處進(jìn)行能譜分析，如圖8所示，人們發(fā)現(xiàn)了Cl、S等腐蝕性元素。能譜分析結(jié)果如表3所示。

2.3 顯微組織檢測(cè)

按《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》（GB/T 13298—2015）對(duì)發(fā)生泄漏的換熱管、管板等進(jìn)行制樣，試樣進(jìn)行鑲嵌、磨制和拋光處理，之后在金相顯微鏡下觀察夾雜物，試樣浸蝕后，在金相顯微鏡下觀察顯微組織。換熱管試樣拋光后存在夾雜物，如圖9所示，其顯微組織為鐵素體+珠光體，晶界存在三次滲碳體，如圖10所示。

對(duì)管板與換熱管結(jié)合處的焊縫進(jìn)行顯微組織檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，焊肉為魏氏組織，如圖11所示;局部焊肉厚度偏薄，如圖12所示;焊縫附近的換熱管組織為鐵素體+珠光體，晶界存有三次滲碳體，如圖13所示;焊縫處有未熔合現(xiàn)象，如圖14至圖16所示。

3 泄漏原因分析

再沸器的設(shè)計(jì)圖紙要求，換熱管與管板之間的連接采用強(qiáng)度焊接加貼脹的工藝，設(shè)計(jì)圖紙給出的圖例如圖17所示。而取樣切割后發(fā)現(xiàn)，換熱管和管板之間有縫隙，且換熱管未發(fā)現(xiàn)圖17中所示的變形，表明管板和換熱管并未進(jìn)行貼脹處理。

何寅等的研究[2]表明，如果貼脹不夠緊密，受換熱介質(zhì)進(jìn)入影響，加上化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕以及其他綜合因素的作用，管孔與管子的縫隙之間容易產(chǎn)生連接失效。同時(shí)，管板與換熱管間的焊縫存在未熔合、熔合區(qū)過薄的現(xiàn)象，都會(huì)降低焊縫的承壓能力，工作過程中易發(fā)生泄漏。

能譜分析發(fā)現(xiàn)，換熱管泄漏處存在Cl和S元素，這說明其工作環(huán)境、介質(zhì)中存在這些腐蝕性離子，而氯離子和硫離子等腐蝕性離子易穿透鋼材，加快腐蝕速度。

防蒸汽擋板焊接不牢，脫落后蒸汽直接沖蝕換熱管，并引起局部溫差應(yīng)力，蒸汽沖蝕造成的損耗會(huì)減少換熱管使用壽命。換熱管的顯微組織中存在三次滲碳體，三次滲碳體的出現(xiàn)使材料塑性下降，影響沖壓、冷鐓等加工性能。

4 結(jié)論

當(dāng)前，人們應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)要求的工藝措施，對(duì)換熱管與管板進(jìn)行貼脹處理，減少甚至杜絕換熱介質(zhì)進(jìn)入換熱管與管板間的縫隙，最終減少腐蝕的發(fā)生;換熱管端頭與管板應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行焊接，杜絕焊肉填縫不足、未熔合、未焊透等現(xiàn)象，保證焊接強(qiáng)度;防蒸汽擋板應(yīng)牢固焊接，防止脫落后蒸汽直接沖蝕換熱管，減少其使用壽命;要減少換熱管運(yùn)行環(huán)境中的腐蝕性離子，定期檢測(cè)水質(zhì)，必要時(shí)增加水處理設(shè)備，控制腐蝕性離子的含量。

參考文獻(xiàn)：

[1]程立新，陳聽寬.化工過程中的再沸器[J].化工裝備技術(shù)，1997（6）：3-7.

[2]何寅，劉聳，尹誦，等.管殼式換熱器管子與管板的貼脹[J].化工裝備技術(shù)，2015（1）：50-54.