甲醇合成反應器換熱管斷裂原因分析

梁 斌，芮樂順，崔 強

(1. 南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院，江蘇 南京 210019； 2. 南京金創有色金屬科技發展有限公司，江蘇 南京 211161)

面對我國多煤、貧油、少氣的資源稟賦，近年來煤制甲醇項目蓬勃發展。甲醇不但可以作為一次原料生產甲醛、醋酸等多種化工產品，其在新興領域的應用也不斷擴展，如甲醇制烯烴、芳烴和汽油等【1】。

甲醇合成反應器是低壓魯奇法制甲醇的關鍵核心設備，其結構型式為列管式換熱器【2】。某化工廠接連出現甲醇合成反應器換熱管斷裂故障，導致催化劑失活、蒸汽外送量增大、系統壓降迅速等情況時常發生。為防范類似故障的再次發生，廠方決定開展失效分析工作。

通過化學成分分析、力學性能試驗、微觀組織分析、斷口掃描電鏡(SEM)觀察和能譜分析等技術手段，分析了甲醇合成反應器換熱管斷裂的原因，并提出了預防措施。

1 甲醇合成反應器運行工況

甲醇合成反應器管程設計壓力5.5 MPa、設計溫度280 ℃、工作介質為合成氣和觸媒；殼程設計壓力5.0 MPa、設計溫度265 ℃、工作介質為鍋爐給水/中壓蒸汽。斷裂的換熱管材質為0Cr18Ni9(GB 13296—2007【3】)。

反應器管程介質合成氣主要成分為CO、H2、CO2以及微量的硫和氯等，觸媒為銅基催化劑，殼程介質鍋爐給水pH值為8.75～9.35，Cl-含量約10.64～21 mg/kg。

2 宏觀分析

反應器換熱管斷裂部位距離上管口290 mm，經發黑處理后的宏觀形貌如圖1所示。從圖1中可見，斷裂部位未發生明顯塑性變形，為脆性斷口，管壁局部呈黃色。保護好斷口，采用丙酮擦拭其他部位，可以發現：管外壁存在多處腐蝕坑和末端尖銳的樹枝狀裂紋(見圖2)；……