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生泄漏。為查明原因，防止類似事件再次發生，本文首先進行取樣與檢查，然后開展樣品檢測，分析其泄漏原因，最終提出預防措施。

關鍵詞：化工廠;再沸器泄漏;丁烯解析塔;原因分析

中圖分類號：TQ05 文獻標識碼：A 文章編號：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熱虹吸再沸器，其優點為循環速度高，傳熱膜系數高于水平式，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高，使造價增大[1]。再沸器結構如圖1所示，實物如圖2所示。

發生泄漏的再沸器工作壓力、工作溫度、工作介質等信息如表1所示。

1 取樣與檢查

對再沸器進行拆解取樣，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。發生泄露后，廠家已將涉及的管子全部進行了封堵。被封堵的換熱管均在蒸汽進口附近，進一步拆解發現，蒸汽進口處的防沖擋板已經脫落，目視可見防沖擋板與筒壁焊接部位未熔合，如圖4所示。

由于已經封堵的換熱管已經破壞了其原始形態，故從臨近的尚未發生泄漏的區域截取試樣，樣品照片如圖5所示。封堵的管子上普遍發現存在漏點，如圖6所示。沿未封堵的換熱管軸向將換熱管和管板切割開，結果發現，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

2.1 化學成分檢測

查閱圖紙發現，管板材質為20號鋼（Ⅲ級鍛件），換熱管材質為20號鋼，對取樣的管板和換熱管分別進行化學成分檢測，結果如表2所示。

檢測發現，管板化學成分實測值不符合《承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件》（NB/T 47008—2017）的要求，具體為：Mn含量低于標準技術要求的下限;換熱管化學成分實測值符合《石油裂化用無縫鋼管》（GB 9948—2013）的要求。另外，管板和換熱管化學成分的實測值差別不大。

2.2 能譜檢測

對再沸器換熱管的腐蝕泄漏處進行能譜分析，如圖8所示，人們發現了Cl、S等腐蝕性元素。能譜分析結果如表3所示。

2.3 顯微組織檢測

按《金屬顯微組織檢驗方法》（GB/T 13298—2015）對發生泄漏的換熱管、管板等進行制樣，試樣進行鑲嵌、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。

對管板與換熱管結合處的焊縫進行顯微組織檢測，結果發現，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;焊縫處有未熔合現象，如圖14至圖16所示。

3 泄漏原因分析

再沸器的設計圖紙要求，換熱管與管板之間的連接采用強度焊接加貼脹的工藝，設計圖紙給出的圖例如圖17所示。而取樣切割后發現，換熱管和管板之間有縫隙，且換熱管未發現圖17中所示的變形，表明管板和換熱管并未進行貼脹處理。

何寅等的研究[2]表明，如果貼脹不夠緊密，受換熱介質進入影響，加上化學腐蝕、電化學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生連接失效。同時，管板與換熱管間的焊縫存在未熔合、熔合區過薄的現象，都會降低焊縫的承壓能力，工作過程中易發生泄漏。

能譜分析發現，換熱管泄漏處存在Cl和S元素，這說明其工作環境、介質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，并引起局部溫差應力，蒸汽沖蝕造成的損耗會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，三次滲碳體的出現使材料塑性下降，影響沖壓、冷鐓等加工性能。

4 結論

當前，人們應嚴格執行設計要求的工藝措施，對換熱管與管板進行貼脹處理，減少甚至杜絕換熱介質進入換熱管與管板間的縫隙，最終減少腐蝕的發生;換熱管端頭與管板應嚴格按照工藝要求進行焊接，杜絕焊肉填縫不足、未熔合、未焊透等現象，保證焊接強度;防蒸汽擋板應牢固焊接，防止脫落后蒸汽直接沖蝕換熱管，減少其使用壽命;要減少換熱管運行環境中的腐蝕性離子，定期檢測水質，必要時增加水處理設備，控制腐蝕性離子的含量。

參考文獻：

[1]程立新，陳聽寬.化工過程中的再沸器[J].化工裝備技術，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，2015（1）：50-54.