制冷裝置氨換熱器泄漏原因分析與改進

張杰良，孔文濤

（蘭州石化公司合成橡膠廠，甘肅 蘭州 730060）

1 概述

某公司制冷裝置2015年由蘭州寰球工程公司設計，2016年9月建成投用。利用氨作為制冷劑，主要生產-12℃鹽水供生產裝置做冷卻水循環使用。裝置設計制冷量為2500kW。本裝置三臺制冷壓縮機及配套控制系統、-12℃鹽水管網為原制冷裝置利舊，液氨儲罐、氨換熱器、載冷劑儲罐、氨蒸發器等輔助設備異地新建，輔助設備廠房占地面積23400×18000mm。該公司制冷裝置氨換熱器在使用過程中，列管頻繁泄漏，循環水分析指標經常超標，冷凝效果降低，多次組織搶修，頻繁對泄漏的管線進行封堵，且每次泄漏的管數呈直線上升，換熱效率不能滿足工藝生產條件[1]。

2 工藝流程說明

由該公司化肥廠供送的液氨進入氨儲槽 （V-102A/B）,供系統使用。冷卻-12℃鹽水的液氨來自V-102A/B，經-12℃鹽水調節閥控制，調節進入-12℃鹽水冷卻池中的蒸發器（E-102）列管內與列管外鹽水進行熱交換。蒸發的氣氨由E-102上部返回氣液分離器（V-101）內，分離氣氨中夾帶的液氨后進入氨壓縮機(CM-2#CM-4#CM-6#)，壓縮后的氣氨進入油分離器（V-105），分離氣氨中所夾帶的潤滑油，再進入氨換熱器(E-701)與循環水進行熱交換，使氣氨冷凝為液氨，流入液氨儲罐（V-102A/B），從而形成液氨儲罐，氨蒸發器，氣液分離器，氨壓縮機，板式換熱器的循環回路。V-102A/B中的液氨另一路送至ABS車間供冷卻使用，返回氣氨經氣液分離器（V-101）分離夾帶液氨后，氣氨進入CM-2/4/6#入口總管。

3 氨換熱器E-701泄漏原因分析

3.1 氨換熱器E-701列管腐蝕

該氨換熱器E-701管程/殼程介質分別為循環水/氨。通過對E-701氨換熱器腐蝕產物分析，大部分泄漏聚集在油冷卻器底部循環水入口段，主要原因是循環水入口沖刷腐蝕，導致部分列管泄漏，循環水與殼程液氨相容，形成氨水加速列管的泄漏。現場堵管照片如圖1所示。（該氨換熱器4組，每組管束326根，共計管束1304根）

圖1 現場堵管圖

3.2 氨換熱器E-701設計缺陷

該氨換熱器E-701存在設計缺陷，如氨換熱器E-701換熱列管為10#鋼，管徑￠19×2mm，壁厚僅為2mm，明顯偏薄。

4 氨換熱器E-701改進措施

4.1 管控措施

4.1.1 制定氨換熱器E-701清理計劃

針對氨換熱器E-701垢下腐蝕情況，制訂詳細定期維護及清理計劃，要求每半年拆卸封頭清理一次。

4.1.2 加強氨換熱器E-701巡檢及記錄情況

在崗位設立巡檢、故障記錄。由操作人員、包區人、檢修人和管理人員定期簽字確認，注明每次巡檢、泄漏發生情況以及人員到場、處理時間等信息。

4.1.3 做好氨換熱器E-701檢修后定壓查漏工作

檢維修后由運行工程師做好定壓、查漏記錄。由機械員、工藝員負責驗收、落實檢維修策略的執行，保證檢修后質量。

4.1.4 制定氨換熱器E-701攻關措施

車間根據換熱器實際情況，訂立攻關方案，定期召開攻關總結會。對典型問題進行案例分析，對建議進行討論，對存在的問題進行交流和溝通，提出改進意見。

4.1.5 做好設備標準化活動

結合設備創完好和標準化活動的開展，清理作業做好防護，確保裝置面貌始終保持清潔，檢修后要求按照設備標準化進行檢查和驗收。

4.2 氨換熱器E-701更新及運行效果對比

4.2.1 重新對換熱器計算設計

依據原換熱面積和換熱量，委托原設計人員進行重新計算、設計、更新，增大列管壁厚，消除原列管壁厚偏薄問題 （原油冷卻器換熱列管為10#鋼，管徑￠19×2mm，壁厚僅2mm，明顯偏薄，增大至管徑3mm）,依據施工圖和施工方案，現場安裝。19年大檢修期間已實施完畢。

4.2.2 換熱器檢修前后運行效果對比

以E-701D為例，單程堵管88根，單程共326根，泄漏率26.99%，造成冰機排氣壓力、溫度上升，循環水用量增加，換熱效果差，滿足不了生產需求。

正常操作規程要求：冰機排氣壓力一般為1.0－1.3MPa,排氣溫度≤80℃。

檢修前：液氨冷凝后溫度為30℃左右，冰機排氣壓力為1.4MPa左右，排氣溫度為80℃左右。

檢修后：液氨冷凝后溫度為25℃，冰機排氣壓力為1.0MPa左右，排氣溫度為70℃左右。循環水用量減少，換熱效果明顯改善。

4.3 針對換熱器E-701意見及建議

采用板式換熱器，有效提高換熱效率、減少熱損失，在相同壓力損失情況下，其傳熱系數比列管式換熱器高3-5倍，同時結構緊湊，避免列管腐蝕，且占地面積為列管式換熱器的三分之一。

將原列管式換熱器整體更新改造為板式換熱器，同時完成相應的管線碰頭改造。委托具備相關資質的設計人員進行計算、設計，更新為板式換熱器后消除原列管壁厚偏薄、場地占用面積大及檢修困難等問題。

根據原換熱面積和換熱量，原列管式換熱器基礎數據如下：換熱面積F=437.7㎡，列管數n=1304，設計條件：壓力MPa1/2.1,溫度℃50/100,操作條件：壓力 MP0.9/1.9,溫度℃28-33/36-82.3(管程/殼程），計算得出板式換熱器性能指標，并進行施工圖和施工的方案設計。施工所需主要設備及材料明細見表1。

表1 項目主要設備及材料明細

5 氨換熱器改進后結論

通過大檢修后運行情況對比，在換熱量滿足工藝生產條件下，檢修次數降低，非計劃停車時間相應減少，滿足裝置長周期運行條件，產生了較大的經濟、安全、環保效益。