李偉 李飛(陜西咸陽化學工業(yè)有限公司， 陜西 咸陽 712000)

一起蒸汽加熱器泄漏的判斷處理過程和原因分析

李偉 李飛(陜西咸陽化學工業(yè)有限公司， 陜西 咸陽 712000)

由于蒸汽加熱器長期處于規(guī)律性的冷熱溫差介質(zhì)交替中，致使部分換熱器列管焊接點出現(xiàn)機械疲勞，導致?lián)Q熱器出現(xiàn)泄漏，影響了蒸汽加熱器的安全運行。

蒸汽加熱器；泄漏；處理

Abstract:Because the temperature difference between hot and cold medium steam heater in long-term regularity of the change,resulting in some heat exchanger tube welding point of mechanical fatigue,resulting in leakage of heat exchanger,affect the safe operation of steam heater.

Keywords:steam heater; leakage; treatment

陜西咸陽化學工業(yè)有限公司兩套43000Nm3/h空分設(shè)備由杭州杭氧股份有限公司提供，采用全低壓分子篩凈化、增壓透平膨脹機制冷、內(nèi)壓縮工藝、規(guī)整填料上塔和全精餾無氫制氬流程。1#空分裝置于2009年11月完成試車工作，2#空分裝置于2010年7月完成試車工作，裝置運行各項指標均能達到或接近設(shè)計指標，裝置運行良好。

1 故障現(xiàn)象

2015年4月23日，1#空分裝置在連續(xù)運行的情況下，出現(xiàn)主冷液位不正常的下降趨勢，并且液位持續(xù)下降，工藝操作隨即加大裝置膨脹機空氣量，力求主冷液位穩(wěn)定；此時，觀察到高壓換熱器中部三個溫度顯示值也在下降，高壓空氣壓力出現(xiàn)上升趨勢，為確保高壓空氣壓力，并開大高壓空氣節(jié)流閥，經(jīng)過這些調(diào)整后系統(tǒng)運行狀況稍有好轉(zhuǎn)，但是變化甚微。隨著后期主冷液位和高壓換熱器溫度持續(xù)下降，對運行參數(shù)進行分析后，初步判斷為高壓換熱器堵塞，導致?lián)Q熱器堵塞的原因是高壓空氣以及膨脹空氣進塔加工氣量不足，無法滿足生產(chǎn)用量需求。

2 故障判斷步驟和處理經(jīng)過

按照裝置流程走向，對高壓換熱器堵塞原因進行排查和分析，打開分子篩進口管線導淋，確認殘留少量凝液；打開分子篩再生污氮氣出口管線進行檢查，確認無帶水現(xiàn)象。各專業(yè)和管理部門完成確認后，未見泄漏和相應的異常。原因不明，待后查。按照生產(chǎn)管理要求對裝置進行加溫操作，由于裝置堵塞情況不是過于嚴重，屬于可控情況下，計劃對高壓換熱器進行局部加溫處理或是作為重點加溫部位，同時對高壓換熱器堵塞原因進行進一步排查。

1.1 加溫操作步驟和重點要求

(1)按照操作規(guī)范，停高壓液氧泵，隔離，靜置并進行加溫操作。停膨脹機，隔離，靜置并進行加溫操作。同時進行系統(tǒng)排液操作，待系統(tǒng)逐步排液和退氣操作完成，裝置進入加溫操作階段。

(2)高壓空氣通道加溫：考慮到高壓換熱器溫度較低，加溫速度不宜過快，在編制方案時，采取隔離高壓空氣管線的方法，關(guān)閉高壓空氣節(jié)流閥(6")和增壓機三段外送閥門(10")，開低壓空氣到高壓空氣管網(wǎng)連通閥(2")，高壓空氣管線吹除閥(1")，由于進氣管線直徑大于出口管線直徑，起初加溫操作必須緩慢進行，合理控制氣量，防止出現(xiàn)超壓或加溫速率過快所造成的危害問題滋生，逐步調(diào)整高壓換熱器高壓空氣管線通道的加溫操作，最終實現(xiàn)高壓空氣通道的加溫效果。

(3)膨脹空氣管線通道加溫：打開膨脹機進口閥(10")和低壓空氣到中壓空氣管網(wǎng)連通閥(2")和膨脹機吹出閥(21/2")，對膨脹空氣管線通道進行加溫處理操作；此時高壓換熱器中部溫度三個溫度測點分別顯示為-62.64℃/-8.9℃/-102.37℃，三個測點溫差較大，溫度越低的一組換熱器說明堵塞最為嚴重，溫差的不斷拉大表明進氣量偏少，隨后采取關(guān)閉低壓空氣到中壓空氣管網(wǎng)連通閥(2")，打開增壓機三段外送閥旁通閥(4")，用高壓空氣對高壓空氣管網(wǎng)開始加溫，同時打開高壓空氣到高壓氧管網(wǎng)充壓閥(2")，及高壓氧管網(wǎng)吹除閥(1")開始對高壓氧管線加溫。整個加溫工作持續(xù)近20小時，直到高壓換熱器中部三個溫度顯示依次為為25.3℃/25.8℃/25.4℃，認為加溫合格，停止對高壓換熱器加溫，逐步恢復現(xiàn)場各手動閥門的狀態(tài)，開始高壓換熱器導氣，進行啟動膨脹機和高壓氧泵，系統(tǒng)恢復生產(chǎn)，此時高壓換熱器中部溫度保持-113℃，并且各自之間溫差相差不到1℃。

系統(tǒng)已經(jīng)恢復生產(chǎn)，對于泄露的原因還是沒有查清，泄露原因還在排查中。

系統(tǒng)進入正常運行一周后，純化器出口二氧化碳顯示值嚴重超標，這次加大對純化系統(tǒng)的排查，經(jīng)過多次排查，最終在冷吹階段時發(fā)現(xiàn)蒸汽加熱器后污氮氣排污閥(1/2")有少量凝結(jié)水排出，確定為蒸汽加熱器泄漏，純化系統(tǒng)在整個加熱再生階段均會造成再生氣將少量蒸汽凝結(jié)水分帶入分子篩內(nèi)的問題，致使純化器填料出現(xiàn)解析過程不徹底的隱患，導致純化器出現(xiàn)“帶病”運行進入下一個吸附周期，從而出現(xiàn)系統(tǒng)運行的惡性循環(huán)，進而擴大至整個分餾裝置，導致系統(tǒng)運行堵塞故障。

最后，1#空分裝置緊急停車，對蒸汽加熱器進行緊急消漏，采取割除封頭的方式予以查漏，最終確認為凝液側(cè)的換熱器組發(fā)生泄漏，并進行消漏處理。經(jīng)過近20小時的緊急處理，蒸汽加熱器消漏工作結(jié)束。系統(tǒng)恢復開車，機組沖轉(zhuǎn)，當運行至投運純化系統(tǒng)蒸汽加熱器時，對蒸汽加熱器進行特別檢查，發(fā)現(xiàn)蒸汽加熱器后污氮氣排污閥(1/2")有少量凝結(jié)水排出，系統(tǒng)暫停開車，經(jīng)確定為前期蒸汽加熱器泄漏時殘余凝結(jié)水，用大量干燥空氣吹除后無水排出；聯(lián)系質(zhì)檢，中心配合，采取一切辦法對蒸汽加熱器后的加熱再生氣做露點分析，最后露點結(jié)果為-62.5℃，確認蒸汽加熱器無泄漏現(xiàn)象。裝置繼續(xù)進行后續(xù)開車工作，待純化系統(tǒng)正常投運后，對分子篩進行特殊再生操作，盡可能確保處于未飽和床層的填料恢復自身原有的性能，保證純化系統(tǒng)正常運行，待純化系統(tǒng)特殊再生結(jié)束后，精餾塔開始導氣，后續(xù)啟動膨脹機和高壓氧泵，系統(tǒng)逐步恢復生產(chǎn)。

3 故障原因分析

切換式換熱器最容易發(fā)生泄漏的地方是焊縫，特別是封頭和管道連接處。造成泄漏的原因多是屬于制造、安裝質(zhì)量問題，也與后期維護、保養(yǎng)有關(guān)。因此，在制造、安裝時要嚴格保證焊接質(zhì)量。安裝完畢，開車以前，必須進行嚴格的檢漏和試壓，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，以免開車后造成被動。切換式換熱器的工作條件較差，不僅受交變氣流的沖擊，而且氣流溫度變化很大，在長期運轉(zhuǎn)中，薄弱的部位就容易產(chǎn)生疲勞，進而引發(fā)泄漏。在后期使用過程中，操作人員也需對各自參數(shù)之間的變化和參數(shù)之間的聯(lián)系進行深入的研究和剖析，在參數(shù)間找到各自的聯(lián)系，力求快而準的解決出現(xiàn)的問題。

判斷泄漏的部位后要進行補焊。如果是個別通道內(nèi)漏，可把該通道封死。嚴重泄漏而無法解決時，需要換該換熱器單元。這次蒸汽加熱器的泄露僅僅是凝液測一組換熱器個別管束出現(xiàn)泄露，采取直接封死的方式即可，而本次整個事件的判斷過于大費周折，延誤了事故處理的最佳時機。

現(xiàn)就對本次整個判斷過程，結(jié)合裝置運行實際進行分析，導致本次事故的主要原因是泄漏點確認太晚，致使較大量的水進入分子篩，直到純化系統(tǒng)出口二氧化碳超標時才恍然大悟。

對于整個過程處理如此緩慢，我個人認為有以下幾點：

(1)初期裝置表現(xiàn)為主冷下降、膨脹機加不上負荷、膨脹機進口溫度上漲，下塔壓力下降、分子篩運行末期二氧化碳上漲但是時間很短，通過以上現(xiàn)象表現(xiàn)，得出的第一反應就是主換熱器堵塞了，主塔進氣量太小，需要對高壓換熱器進行加溫處理。

(2)為什么開始都對高壓換熱器加溫了，還不懷疑分子篩有問題呢？

首先，不是沒有懷疑，而是懷疑了沒有發(fā)現(xiàn)泄漏。該換熱器在施工時用保溫材料包扎的嚴嚴實實的，同時工藝人員根本就沒有該換熱器的結(jié)構(gòu)圖紙，裸露在保溫外的幾個閥都是蒸汽側(cè)，沒有污氮氣側(cè)，要想判斷是否是蒸汽加熱器泄漏，只能從加熱器后1米處的污氮氣管道吹除閥進行判斷，在加熱階段污氮氣溫度185℃，泄漏出的少量冷凝液會瞬間蒸發(fā)，185℃時，想要從1/2"的吹除導淋看出是否帶水，根本就是不可能的事。

(3)前期對泄露進行排查時，沒有檢查蒸汽加熱器后吹除閥嗎？

明確的說，冷吹階段時進行了檢查，沒有水。為什么水側(cè)已經(jīng)泄漏了冷吹時溫度又低還是沒發(fā)現(xiàn)呢？因為泄漏量非常小，加熱時全部氣化了，冷吹時蒸汽加熱器污氮氣進口閥關(guān)閉，其內(nèi)部污氮氣不流動，泄漏到殼程的水聚集在了蒸汽加熱器底部，蒸汽加熱器底部到污氮氣管道下沿的高度至少有2.5米，因此污氮氣管道沒有水。

(4)為什么最終還是在吹除口看到了水滴？

對于DN1000mm的污氮氣管道，想從1/2"吹除閥能帶出水滴，說明這部分水是在DN15的吹除管道內(nèi)冷凝的蒸汽。要想在1/2"吹除閥這么小的管道內(nèi)看到大量冷凝液體，說明蒸汽加熱器泄漏量相對較大。但后來判斷是蒸汽加熱器的凝液側(cè)泄漏而不是氣側(cè)，所以管道內(nèi)的大量水蒸汽就冷凝液氣化后產(chǎn)生。

冷凝液氣化有兩個途徑，第一、泄漏后由于高溫直接氣化；第二是凝液泄漏至蒸汽加熱器底部，與高溫蒸汽換熱后氣化。發(fā)現(xiàn)泄漏后，在檢查殼程底部盲板時，發(fā)現(xiàn)有少量水排出，說明當時泄漏至殼程底部的水通過換熱后變成蒸汽進入了到了純化系統(tǒng)吸附筒。因此，要通過DN15吹除閥發(fā)現(xiàn)泄漏就必須等到兩個條件，一是必須在冷吹階段。二是有大量蒸汽，當然如果泄漏量足夠大時，在加熱時也能出現(xiàn)水滴。

換熱器加熱時，分子篩出口二氧化碳、水份只是在末期短暫超標。吸附末期出現(xiàn)上漲趨勢對于本裝置來說，特別是4月份以后出現(xiàn)分析數(shù)值超標已經(jīng)不是第一次，而是自2012年以后一直都存在的問題，因此檢查時有意識的避開了這方面的考慮，特別是在初期對純化系統(tǒng)出口導淋和加熱器污氮氣出口導淋檢查后一切正常的情況下，更是深信換熱器一切正常。

前期本裝置還出現(xiàn)過由于系統(tǒng)加溫不徹底，造成高低壓換熱器堵塞，導致開工后換熱器溫差大，對生產(chǎn)造成嚴重的影響，有了上次的成功經(jīng)驗，在遇到類似問題時，首先想到的就是用同樣的方法進行處理，等處理完畢后才發(fā)現(xiàn)問題的根源沒有找到。

(5)在線分析表不能正常運行也是一項重要原因

在線分析長期無法正常投用，早期儀表人員以儀表取樣氣源壓力過低(小于10kPa)為由，不予理會；經(jīng)過多次溝通后，儀表專業(yè)按照要求加裝了兩臺增壓泵，但是在增壓泵安裝到位后，仍然強調(diào)無法測量，遲遲不予解決。

(6)要想對分子篩有效保護，需要從以下幾方面同時入手。投用露點分析儀表，這是最重要的手段，用在線儀表進行監(jiān)測。

更換蒸汽加熱器，通過與廠家溝通，該類型換熱器是20世紀90年代設(shè)計的產(chǎn)品，20年內(nèi)沒有進行技術(shù)更新，而且泄漏現(xiàn)象頻繁，一般使用3-7年就需更新，但未做強制要求。

4 結(jié)語

目前，純化系統(tǒng)運行正常，在后期運行過程中，加熱時間縮短了40%，冷吹峰值竟然比正常運行時還高，再生峰值為113～119℃。在加熱階段，蒸汽帶入的熱量能夠滿足純化系統(tǒng)填料解析所消耗的熱量，滿足再生要求，然而再生末期二氧化碳依然出現(xiàn)上漲趨勢，但處于可控范圍，后期計劃對純化器填料進行更換。

生產(chǎn)運行中出現(xiàn)故障，不管是工藝還是設(shè)備管理人員，必須保持冷靜，仔細查找事故的真正原因，及時有效的解決，確保裝置長周期穩(wěn)定運行。

加強人員業(yè)務(wù)技能培訓必不可少，特別注意提升人員的應急處置能力、分析能力、實際處理事物的能力，不可一味的依靠經(jīng)驗解決問題。

Analysis and treatment of leakage of steam heater in air separation unit

LI Wei, LI Fei(Shaanxi Xianyang Chemical Industrial Co.,Ltd., Xianyang 712000, China)

李偉(1979- )，男，助理工程師，本科，現(xiàn)為陜西咸陽化學工業(yè)有限公司甲醇中心空分裝置生產(chǎn)副經(jīng)理。