芳烴抽提換熱器的失效分析及建議

朱永峰

（中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

芳烴抽提工藝?yán)铆h(huán)丁砜溶劑對(duì)芳烴與非芳烴溶解度的差異，先通過液-液接觸，將非芳烴從組分中分離出來，再通過加熱蒸餾溶劑，最終達(dá)到芳烴的提純目的。裝置運(yùn)行中工藝介質(zhì)及設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響，致使換熱器受到不同程度的破壞，設(shè)備因檢修與更換造成的停產(chǎn)，大大增加了裝置的運(yùn)營成本。

1 概況

1.1 設(shè)備的更換

某芳烴抽提裝置自投產(chǎn)運(yùn)行幾個(gè)月后 B系列溶劑再生塔重沸器（E-410）管束便已發(fā)生泄漏，1年后對(duì)管束進(jìn)行更換并提出改進(jìn)措施。裝置運(yùn)行不到4年B系列抽提蒸餾塔重沸器（E-403），B系列溶劑回收塔重沸器（E-407）及B系列貧溶劑/汽提水換熱器（E-409）管束也陸續(xù)發(fā)生泄漏，嚴(yán)重影響了裝置的正常運(yùn)行，業(yè)主提出對(duì)這三臺(tái)換熱器管束進(jìn)行 更換。

芳烴抽提裝置更換的換熱器具體設(shè)計(jì)參數(shù)（如表1所示）。

由表1可看出，4臺(tái)設(shè)備的介質(zhì)中都含有環(huán)丁砜溶劑，設(shè)備的材質(zhì)均為碳鋼。

表1 更換的換熱器具體設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 裝置運(yùn)行情況

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員反饋，該裝置運(yùn)行時(shí)汽提蒸汽入塔管線（100-P-040902）與相連接的B系列溶劑再生塔（C-404）有明顯振動(dòng)，塔內(nèi)可能存在“液擊”的現(xiàn)象。

裝置運(yùn)行幾個(gè)月后，插入在塔內(nèi)的重沸器（E-410）管束發(fā)生泄漏，一年后支撐梁緊固件發(fā)生斷裂且從泄渣口排出，重沸器支撐梁發(fā)生脫落如圖1所示。檢修人員更換管束后反饋重沸器距離下端蒸汽分布管太近，很難在塔內(nèi)進(jìn)行安裝操作。

圖1 緊固件斷裂，支撐梁脫落

其他設(shè)備自開車后運(yùn)行良好，直至3年后陸續(xù)有換熱器管束發(fā)生泄漏，對(duì)管束進(jìn)行更換時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部其他部件也發(fā)生了較嚴(yán)重的腐蝕，同時(shí)每次設(shè)備檢修，法蘭連接間的金屬墊片拆開后均散開，無法再進(jìn)行使用。

2 設(shè)備破壞分析

從管束的更換周期及現(xiàn)場(chǎng)的檢修情況分析工藝介質(zhì)腐蝕是造成換熱器破壞的主要原因之一。而B系列溶劑再生塔重沸器使用壽命如此之短是由于塔內(nèi)再沸器管束的振動(dòng)加速了對(duì)設(shè)備的破壞。

2.1 振動(dòng)破壞分析

B系列溶劑再生塔重沸器振動(dòng)主要是由于結(jié)構(gòu)特殊性引起的，插入式重沸器[1]以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，易拆卸沖洗等優(yōu)點(diǎn)在芳烴抽提裝置中得到了很好的應(yīng)用。正是由于以塔體為殼程，限制了重沸器的規(guī)格不會(huì)太大，設(shè)備質(zhì)量較小，塔內(nèi)物料的波動(dòng)會(huì)引起重沸器管束的振動(dòng)。

B系列溶劑再生塔底蒸汽分布管內(nèi)通入的蒸汽因含有水分，遇到高溫介質(zhì)后會(huì)迅速氣化，形成的氣泡上行與金屬碰撞后發(fā)生破裂，重沸器因受到波及而發(fā)生上下振動(dòng)。故蒸汽分布管的開孔大小對(duì)設(shè)備的振動(dòng)有較大的影響，開孔越大，形成的氣泡也越大，對(duì)設(shè)備的波及影響就越大。

重沸器的不斷振動(dòng)，致使換熱管與管板的連接部位及與支持板的配合部位受到連續(xù)的彎曲應(yīng)力及剪切應(yīng)力[2]。換熱管在持續(xù)的應(yīng)力作用下最終發(fā)生破壞，支撐裝置在連續(xù)撞擊下發(fā)生脫落。

2.2 腐蝕破壞

有觀點(diǎn)認(rèn)為設(shè)備腐蝕主要是由于環(huán)丁砜在高溫下（大于220℃）劣化，慢慢分解出SO2與可聚合物質(zhì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕[3]，其腐蝕機(jī)理為：

由表1可看出4臺(tái)換熱器的操作溫度均控制在220℃以下，雖然設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行或空間狹小，不易流通都可導(dǎo)致溶劑局部高溫造成環(huán)丁砜分解，但操作溫度低于150℃（B系列貧溶劑/汽提水換熱器）的設(shè)備也發(fā)生了較嚴(yán)重腐蝕。

從以上分析可看出設(shè)備腐蝕破壞不僅是高溫導(dǎo)致環(huán)丁砜分解造成的[4,5]，還有多種其他因素共同作用的結(jié)果。由于溶劑的酸性越強(qiáng)，環(huán)丁砜的劣化速率越大。而環(huán)丁砜會(huì)發(fā)生水解，生成腐蝕性的磺酸；環(huán)丁砜中所含的雜質(zhì)常溫下會(huì)分解成SO2，致使溶劑逐漸成酸性；溶劑中微量的氯離子逐漸積累，形成酸性氯化物；氧的存在也會(huì)加速環(huán)丁砜的分解。這些因素的疊加促使溶劑的酸性逐漸加劇，設(shè)備受到的酸性腐蝕破壞也逐漸加速。

3 建議

3.1 材料改進(jìn)

更換管束材料，將碳鋼改用耐酸性腐蝕更好的不銹鋼或雙相鋼，延長管束的使用壽命及檢修周期；大直徑管板采用不銹鋼堆焊，節(jié)約設(shè)備成本；將金屬纏繞墊改為波齒墊，減少每次檢修都需更換墊片而產(chǎn)生的費(fèi)用。

3.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對(duì)插入式重沸器易受塔內(nèi)物料波動(dòng)影響而振動(dòng)的特性，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下改進(jìn)：

（1）采用角鋼對(duì)重沸器支持板進(jìn)行約束，并在支持板兩側(cè)焊上擋板，防止角鋼脫落。該結(jié)構(gòu)易安裝，且約束效果好，可有效的控制重沸器的振動(dòng)，同時(shí)也避免了約束裝置與管束的直接接觸而造成對(duì)換熱管的磨損；

（2）在滿足工藝所需蒸汽量的條件下，塔底蒸汽分布管上開均勻分布的小圓孔，分布管與重沸器管束形成一定角度布置，盡量減小或避免形成的氣泡破裂對(duì)重沸器的波動(dòng)影響。同時(shí)還需考慮設(shè)備檢修的操作空間，使分布管與上端重沸器管束保持一定距離。

4 結(jié)語

裝置中注入單乙醇胺可緩解溶劑對(duì)設(shè)備的酸性腐蝕，但不能從根本上解決設(shè)備的破壞問題。B系列溶劑再生塔重沸器（E-410）管束更換時(shí)，對(duì)材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了以上改進(jìn)，運(yùn)行至今無明顯振動(dòng)且未出現(xiàn)泄漏，可見改進(jìn)的建議可行。