氯氣透平機級間冷卻器泄漏及應對措施

王陸軍，陳樹風

(新浦化學(泰興)有限公司，江蘇 泰興 225400)

新浦化學(泰興)有限公司(以下簡稱“新浦化學”)是新加坡新浦化學私人有限公司全資子公司，成立于1995年12月30日。經過6次擴建，新浦化學離子膜法燒堿裝置產能達到75萬t/a。為降低能耗，新浦化學淘汰了能耗高的一期單極槽和二、三期強制循環復極槽燒堿裝置，新建了15萬t/a(七期)燒堿裝置，2021年5月該裝置順利投產。在氯氣處理工序中，氯氣透平壓縮機是承載著向下游氯乙烯裝置和液化單元供氯的關鍵設備，一旦氯氣透平機發生問題，就會導致燒堿裝置停車。四、五、六期燒堿裝置運行十多年來，氯氣透平壓縮機控制系統和油系統相對較穩定，級間冷卻器管束泄漏是導致氯氣透平壓縮機不能穩定運行的主要原因。如何保證透平機級間冷卻器零泄漏，成為重點攻關的問題。

1 級間冷卻器冷卻工藝

新浦化學氯氣輸送采用的是德國西門子氯氣透平壓縮機3VRZ 250/430/11 G，配用550 kW電動機，三級壓縮、三級冷卻，氯氣出口壓力4.570×105Pa(絕對壓力)，1臺即能滿足15萬t/a燒堿裝置氯氣壓縮需要，3臺級間冷卻器使用循環水冷卻，循環回水進入循環水緩沖罐，再由循環水輸送泵輸送至無壓回水管網至公用工程循環水單元。圖1為技改前透平機級間冷卻器冷卻系統工藝簡圖，主要設備有循環水緩沖罐和循環水輸送泵。

圖1 技改前透平機級間冷卻器冷卻系統工藝簡圖

2 級間冷卻器泄漏原因

2.1 級間冷卻器的制造參數

新浦化學氯氣透平機級間冷卻器采用管殼式列管冷卻器,面積92 m2；殼程材質16MnR,設計壓力1.0 MPa，設計溫度120 ℃；管程材質16MnR(涂層為高溫環氧改性漆酚酞防腐涂料)，設計壓力1.0 MPa，設計溫度120 ℃;冷卻器列管574根，規格Φ19×2×3 000。運行過程中，新浦化學四、五、六期裝置的氯氣透平機均出現過級間冷卻器內漏的故障，典型案例是：在2018年六期燒堿裝置大修后開車過程中氯氣透平壓縮機一級冷卻器內漏，導致透平機葉輪損壞。

2.2 級間冷卻器泄漏的主要原因

(1)本體制造過程中由于質量問題造成的滲漏，主要體現在管束和管板、管板和殼體連接制造缺陷，焊接過程中存在氣孔、弧坑夾渣和焊瘤等,還有個別管束本身有一些細微缺陷，管束在涂層過程中內壁有流墜、皺皮、滴掛、開裂，造成后續使用過程中滲漏。

(2)級間冷卻器管束與管板、折流板之間存在一定間隙，在生產過程中，壓縮氣體對管束沖擊力很大，導致涂層脫落，列管管壁薄，材質疲勞強度低，當這種沖擊達到一定的限度，個別管束的最薄弱處或受疲勞應力最大處便發生疲勞斷裂而泄漏。

(3)氯氣含水也是級間冷卻器在正常生產過程中突發滲漏的原因。上游氯氣處理工序中，由于工藝控制異常和設備故障，氯氣與水反應，產生酸腐蝕、氧化腐蝕，冷卻器管束外壁及殼體內壁造成損壞，直至穿孔[1]。

(4)公用工程循環水是造成級間冷卻器滲漏的主要原因。一方面循環水中余氯超標或呈酸性直接腐蝕級間冷卻器管束內壁，以至穿孔、滲漏；另外，為避免冷卻水進入氯氣系統，工藝控制要求冷卻水側壓力小于氯氣側壓力，一級冷卻器水側壓力≤0.05 MPa，二級冷卻器水側壓力≤0.15 MPa，三級冷卻器水側壓力≤0.3 MPa，一級冷卻器循環水流速較低(0.67 m/s)，而循環水中含有泥沙等雜質，造成垢下腐蝕，導致管束內壁穿孔、滲漏。

3 應對措施

3.1 冷卻器現場監造

氯氣透平機級間冷卻器選定制造廠家后，在技術協議中明確設備制造技術和現場監造管理要求，在設備制造各個重要環節，新浦化學安排專業人員到設備制造廠對級間冷卻器制造過程進行現場監造，采用渦流檢測、旋轉超聲檢測、內窺鏡和測厚等方法，檢查管束本體、管束和管板焊接過程中是否存在缺陷，涂層厚度是否滿足技術指標。

3.2 增大級間冷卻器折流板厚度，并定期檢查管束

在設計時，增大級間冷卻器折流板的厚度，減小管束與折流板管孔的間隙，折流板材質硬度應比管束材質硬度高，并加大管壁厚度。

將級間冷卻器冷卻側管束的檢查列入大修檢查項目，使用內窺鏡、旋轉超聲檢測裝置檢查管束使用情況，發現缺陷提前堵漏或提報備用設備，避免正常生產過程中級間冷卻器泄漏導致設備損壞而使裝置停車，將企業的損失降至最低。

3.3 增設氯氣中水分在線檢測儀

在氯氣透平壓縮機進口和一級冷卻器氯氣出口各安裝1臺氯氣水分在線檢測儀，并設置報警、聯鎖。在日常管理中，嚴格控制干燥系統硫酸濃度和氯氣壓縮過程中的水分，發現異常及時處置，避免氯氣含水超標對級間冷卻器殼程的腐蝕。

3.4 冷卻系統改善

將氯氣透平壓縮機級間冷卻器冷卻水改為純水閉式循環。在氯氣透平機級間冷卻器循環水總管上增加一個蝶閥，隔開現有循環上水系統，在循環水緩沖罐上接1根純水管道，用于日常補水。在閉式水循環管線緩沖罐附近新增2臺板式冷卻器，用于冷卻閉式循環水。新增板式冷卻器冷卻水來自氯處理循環上水管網，冷卻回水送至原循環水泵出口去循環回水(無壓回水)管網至公用工程循環水單元。圖2為技改后透平機級間冷卻器冷卻系統工藝簡圖，主要設備有閉式水冷卻器、閉式水循環泵(利舊)和閉式水緩沖罐(利舊)。

圖2 技改后透平機級間冷卻器冷卻系統工藝簡圖

氯氣透平機級間冷卻器由循環水冷卻改為純水閉式循環冷卻后，在閉式水緩沖罐內沖擊投加殺菌劑和緩釋劑，消殺系統內可能存在的微生物，保證系統的清潔，對冷卻器形成良好的保護，延長設備壽命。閉式水水質控制pH值為8.5～10.5，電導率≤5 000 μS/cm，鐵質量分數<2×10-6，濁度<10 NTU。

在閉式水循環泵出口管道上增加ORP、pH在線檢測儀[2]，對閉式水的ORP、pH值進行檢測，并把檢測信號送至DCS，便于操作人員隨時了解閉式循環水的變化情況，有異常時及時處置。

4 結語

采取以上措施后，新浦化學近3年來未再發生壓縮機級間冷卻器滲漏導致裝置停車的事故。氯氣透平壓縮機級間冷卻器的滲漏是個綜合性的問題，要針對出現的問題進行認真分析、總結，積累經驗，不斷改善，防患于未然，保證裝置的穩定運行。