固定管板式換熱器內(nèi)漏問題探討

李霞

（中國石油大慶石化公司腈綸廠，黑龍江 大慶 163714）

固定管板式換熱器是管殼式換熱器的1種，由殼體、管束、管板和封頭等部件組成，2端管板和殼體連為1體，此類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，適于殼體和管束溫差小、管外物料清潔的場所［1］。

某硫氰酸鈉溶劑回收裝置有固定管板式換熱器20臺，在2條蒸發(fā)線上對稱分布，若其中某臺發(fā)生泄漏，需整條生產(chǎn)線停車才能進(jìn)行處理，影響蒸發(fā)線高效運(yùn)行。

1 故障判斷

1.1 加熱器主要技術(shù)參數(shù)

5效加熱器是硫氰酸鈉溶劑回收裝置比較重要的換熱設(shè)備，如發(fā)生列管泄漏將污染2次蒸汽產(chǎn)生的冷凝液，直接后果是整條蒸發(fā)線停車查找并處理漏點(diǎn)。如果處理不及時停車時間過長，蒸發(fā)出料量減少，冷凝液的產(chǎn)生也隨之減少，將會影響2個下游裝置的正常生產(chǎn)，還將增加不必要的硫氰酸鈉消耗，后果嚴(yán)重［2］。

5效加熱器為外熱強(qiáng)制循環(huán)，正常生產(chǎn)時殼程熱源介質(zhì)為2次蒸氣，管程介質(zhì)是濃度約35%的硫氰酸鈉溶液，因其中含有的少量硫酸鈉易在管束內(nèi)壁結(jié)垢，蒸發(fā)線運(yùn)行20～30 d需要停車水洗。

開車時先向管程通入硫氰酸鈉溶液，殼層2次蒸汽在系統(tǒng)負(fù)壓抽力作用下抽走產(chǎn)生的冷凝液，如果加熱器列管有裂紋產(chǎn)生，則管束中的硫氰酸鈉溶液也會受到殼程負(fù)壓抽力作用，從管程竄入殼程中，與殼程中產(chǎn)生的冷凝液聚集而導(dǎo)致冷凝液電導(dǎo)升高。因冷凝液要供下游車間作水洗水使用，列管泄漏問題需及時處理［3］。

1.2 列管內(nèi)漏冷凝液電導(dǎo)率初判

檢測冷凝液的電導(dǎo)率可初步判斷列管是否發(fā)生泄漏。冷凝液電導(dǎo)率的控制指標(biāo)為≤200μs/cm，如高于此數(shù)值，熱器列管則可能發(fā)生裂紋、泄漏。

1.3 列管內(nèi)漏冷凝液硝酸鐵檢驗(yàn)判斷

單獨(dú)對5效加熱器產(chǎn)生的冷凝液采樣，加入濃度為1%的硝酸鐵溶液檢驗(yàn)，如果透明的冷凝液和橘黃色的硝酸鐵溶液混合后冷凝液變?yōu)榧t黑色，說明冷凝液中含有硫氰酸鈉，基本可確定列管發(fā)生了泄漏。

1.4 列管內(nèi)漏最終判斷

拆下加熱器出口管線上的波紋補(bǔ)償器后，單獨(dú)向殼程中注水，若有列管發(fā)生泄漏，壓差作用下水會從殼程滲入到管程中，最后從波紋補(bǔ)償器處流出，此時可確定該換熱器一定有列管泄漏。

2 解決辦法

2.1 列管泄漏處理措施

打開換熱器上、下封頭。再次向殼程注滿水后，檢查換熱器上、下管板及管束，從管束上、下端均有水流涌出的列管就是發(fā)生泄漏的列管。準(zhǔn)確記錄泄漏列管所在位置，排凈殼層的水，用金屬楔子對列管上、下2端進(jìn)行盲堵。再次向殼層注水，對列管進(jìn)行2次排查并復(fù)查盲堵的列管是否嚴(yán)密。

2.2 堵管率

管殼式換熱器換熱面積在設(shè)計時一般有10%設(shè)計裕量，列管發(fā)生內(nèi)漏時一定的堵管率是被允許的。5效加熱器共有列管349根，在滿足工藝換熱效能的前提下，堵管率4.87%可繼續(xù)使用。

3 失效原因分析

3.1 應(yīng)力腐蝕

結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造方法及加工過程中的錘擊都能促成應(yīng)力腐蝕。在盲堵過程中金屬楔子的尺寸和釘入程度尤其重要，尺寸選擇不合適或操作不當(dāng)均會對相鄰列管產(chǎn)生脹接缺陷，既要能夠?qū)?nèi)漏的列管徹底盲堵密封，又不能因受力過大對鄰近列管產(chǎn)生應(yīng)力作用導(dǎo)致泄漏再度發(fā)生。

3.2 縫隙腐蝕

縫隙腐蝕是在2個連接物之間的縫隙處發(fā)生的腐蝕，金屬和金屬間的連接縫隙以及金屬表面上的沉積物和金屬表面之間構(gòu)成的縫隙，均會出現(xiàn)局部腐蝕。5效換熱器的列管材質(zhì)雖然是316L，但金屬材料中均存在一定的非金屬夾雜物，如硫化物、氧化物等，夾雜物以及列管與管板之間的微小縫隙中停滯的電解質(zhì)，成為縫隙腐蝕的存在條件，也成為氯離子腐蝕的源頭。換熱設(shè)備若缺少工藝防腐保護(hù)，管程將承受硫氰酸鈉腐蝕、垢下腐蝕及縫隙腐蝕等多重侵害。

3.3 管束振動

在管殼式換熱器中，流體流經(jīng)管束時誘發(fā)振動的主要成因是卡門旋渦、紊流抖動和流體彈性不確定［3］。管束中的列管微量腐蝕減薄后，由于管束排列較密，汽液2相流動中產(chǎn)生細(xì)的紊流漩渦會造成管束振動導(dǎo)致磨損；此外，液體介質(zhì)還具有一定的彈性激振，也會引發(fā)整個管束的管道振動，而振動是導(dǎo)致泄漏失效發(fā)生的重要誘因。

3.4 高溫沖刷

殼程介質(zhì)2次蒸汽中的溶解氧在高溫條件下造成了管束外壁的腐蝕，且殼程蒸汽紊流運(yùn)動使管束振動及腐蝕產(chǎn)物剝離，引發(fā)列管外壁局部減??；管程內(nèi)硫氰酸鈉料液腐蝕性造成列管內(nèi)壁的電化學(xué)腐蝕和晶間腐蝕，引發(fā)列管內(nèi)壁局部減薄。換熱器列管在高溫沖刷帶來的內(nèi)外雙重沖刷作用下，加速了裂紋的產(chǎn)生［4］。

3.5 頻繁開停

頻繁開停工是導(dǎo)致列管內(nèi)漏的另1個誘因，從多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來看，換熱器內(nèi)漏大多發(fā)生在停車水洗之后的開車過程中。說明開停工過程中溫差變化導(dǎo)致列管熱脹冷縮，在溫差交變應(yīng)力作用下發(fā)生疲勞破壞［5］。

4 預(yù)防措施

（1）保持換熱器工況平穩(wěn)，控制升溫速度，不超溫、超壓、超負(fù)荷運(yùn)行；（2）減少引起應(yīng)力腐蝕開裂的有害化學(xué)離子，足量添加緩蝕劑；（3）增加進(jìn)口壓降，降低汽水混合物入口速度，改善引發(fā)管束振動的問題；（4）洗線開車前查看殼層冷凝液的電導(dǎo)率并做硝酸鐵檢驗(yàn)，避免開車后2次停車。

5 結(jié)束語

固定管板式換熱器發(fā)生列管內(nèi)漏失效時，通過查驗(yàn)冷凝液電導(dǎo)、硝酸鐵溶液檢測及膨脹節(jié)拆檢3個循序漸進(jìn)的判斷方法，可判斷出固定管板式換熱器是否存在列管內(nèi)漏，從而縮短檢修時間，減少不必要的開蓋維修作業(yè)，節(jié)省人工和材料費(fèi)用。