加压塔再沸器换热管泄漏原因分析及改进.pdf

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1、第38卷第4期化工机械477加压塔再沸器换热管泄漏原因分析及改进周斌+石德龙王振华左锐王万林史立军郑建国(天华化工机械及自动化研究设计院)摘要针对某厂加压塔再沸器在使用中发生换热管泄漏的问题，结合工艺条件、介质特性与设备结构，通过对换热管振动、介质腐蚀特性和实际操作工艺参数的分析找到加压塔再沸器换热管泄漏的原因，提出改进方案。关键词再沸器换热管泄漏腐蚀振动中图分类号TQ052．4文献标识码B文章编号0254石094(2011)04_0477-04某公司甲醇精馏装置中加压塔再沸器在使用不到两年的时间里多次

2、发生换热管泄漏，频繁的泄漏导致装置开车率低，严重影响了甲醇的产量和经济效益。笔者针对该厂实际操作情况，对加压塔再沸器换热管泄漏的原因进行分析，找到泄漏原因，并在分析计算的基础上重新进行设计、制造。1设备基本情况加压塔再沸器结构为立式BEL型管壳式换热器，筒体材料为Q345R，厚度16mm，公称直径1500mm。换热管材料10。钢，规格为西25mm×2．5mm×4000mm，正三角形排列(间距32mm)。最大无支承跨距(1148mm)出现在管板到第二块折流板之间。折流板为单弓型，厚12mm，间距478mm

3、，折流板材料Q235一A，切高26％。再沸器工艺参数见表1，工艺气体成分见表2。表l再沸器工艺参数表袁2再沸器工艺气体成分％2现场状况及泄漏原因分析2．1现场状况发生泄漏的设备2007年投入使用，运行3个月后管程粗甲醇蒸气压力升高，并检测出甲醇蒸气中含有H：，由此判定设备发生了泄漏，随即停车进行处理。拆开管箱后，检查发现有两根换热管发生泄漏，观察换热管与管板焊缝处，未发现泄漏，故认为泄漏点出现在换热管中间某部位。随后将泄漏换热管堵死，重新开车后不久再次发生泄漏，与首次泄漏现象相同。自第一次发生泄漏以后又

4、发生了多次泄漏，前后共发现13根漏管，泄漏区域如图1所示。从损坏的设备上抽取出已泄漏的换热管，找到泄漏点，并将该泄漏点部位换热管从中间剖开，发现泄漏均为换热管外壁腐蚀(图2)，内壁基本没有腐蚀。外壁发生腐蚀后，逐步向换热管内扩散，最后导致换热管穿孔。发生泄漏的位置处于紧挨着折流板的上方。由此可以看出泄漏是由换热管外介质的腐蚀所造成的。·周斌，男，1977年11月生，工程师。甘肃省兰州市。730060。4782011年L悱人图2换热管泄漏照片2．2原因分析2．2．1介质腐蚀特性分析由工艺参数可知，壳程介质

5、中含有近40％水气，同时工艺气中含有cO，，当工艺气进入管束后，与管程冷介质进行换热，工艺气中水蒸汽冷凝，附着在换热管外壁上，冷凝液吸收了工艺气中的c0，后，pH值显酸性”“。随着冷凝液数量增多，延换热管向下流动，在折流板上富集，造成对换热管外壁的腐蚀，尤以紧挨着折流板上方部位最为严重，最终导致换热管泄漏。“。粗甲醇对换热管产生腐蚀的主要原因为其酸度值过低。在甲醇的精馏系统运行巾是需要加碱的，若不加碱，精馏塔底液会由于其含有的杂质而呈弱酸性，从而腐蚀再沸器管束；而加碱过多，则塔底液呈碱性，会使泡沫层增厚

6、而结垢，这也会导致管束换热不均匀而产生较大的热应力另一方面当粗甲醇中含水量过高时，会使得甲醇溶液的电导率升高，从而加剧换热管的电化学腐蚀’’⋯。22．2换热管的振动由图l换热管布管及泄漏区域口J以看出，在气体出口处管束排列密集．结合换热管泄漏区域分析，估计靠近气体出口侧换热管由于流通面积小，气体流速高，诱导换热管发生振动，导致换热管发生泄漏，因此对换热管固有频率、涡流抖振振幅及紊流抖振振幅进行了分析计算(表3)。表3原设备振动校核注：a>】0或h)05或c)05则设备仔和搬动，从表3中可以看出，进、出管

7、束的涡流抖振振幅分别为0．82mm和0．84mm，超过了涡流抖振振幅O．5mm的J临界振幅要求，换热管存在振动，导致换热管与折流板之间发生碰撞磨蚀破坏。结合换热管实际泄漏区域，证明换热管确实发生了振动破坏。2．2．3换热器结构设计缺陷换热器结构设计缺陷主要有以下几个方面：a．防冲板设置位置不合理。原设备气体入口处设置一块防冲板．由于管束排布较密．当气体通过人口接管冲在防冲板E后向四周分流，由于没有足够的流通面积，造成局部高流速区，诱导换热管发生了振动。b．运行过程中的热应力。该设备工艺气体进口温度设计值

8、为170℃．出口为145℃，而实际操作过程中，工艺气体进几温度经常在260℃。，因进出口温差较大，换热管管口焊缝受到较大温差应力，管口焊缝存在拉脱力过大的潜在破坏形式换热器在操作温度周期性发乍较大幅度的变化以及处于间歇操作工况下的反复加压、升温和卸压、降温过程中，都会使热应力反复变化而产生热疲劳现象o⋯．该设备由于工况不稳定，温度变化范围从127～260℃，在此过程巾换热管的轴向热膨胀量达到55mm，换热管的热应力过大。第38卷第4期化工机