李 響

(晉煤天源化工有限公司山西高平048400)

變換系統(tǒng)氣氣換熱器泄漏原因分析及防范

李 響

(晉煤天源化工有限公司山西高平048400)

晉煤天源化工有限公司于2005年建成投產(chǎn)的2套180 kt/a合成氨裝置采用常壓固定層造氣工藝，經(jīng)預(yù)脫硫、壓縮進(jìn)入變換系統(tǒng)。變換系統(tǒng)原先采用鈷鉬耐硫兩段低溫變換工藝，于2014年10月將原有的廢熱鍋爐流程改造為噴水流程，并增加1臺(tái)預(yù)變換爐。

1 變換工藝流程

壓縮系統(tǒng)來的半水煤氣[溫度40 ℃、壓力3.55 MPa(絕壓)]，先進(jìn)入油分離器、油吸附器凈化除油，然后進(jìn)入氣氣換熱器(A和B，1開1備)與第2變換爐來的變換氣換熱至130 ℃，再進(jìn)入主熱交換器與中壓廢熱鍋爐出口變換氣換熱至200 ℃，添加蒸汽后進(jìn)預(yù)變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)。預(yù)變換爐出口變換氣(溫度約377 ℃、CO體積分?jǐn)?shù)約15%)經(jīng)增濕器噴水降溫至200～210 ℃進(jìn)第1變換爐繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)。

第1變換爐出口變換氣(溫度約300 ℃、CO體積分?jǐn)?shù)約5%)先進(jìn)入中壓廢熱鍋爐換熱副產(chǎn)蒸汽，再進(jìn)主熱交換器與煤氣換熱至190 ℃后進(jìn)入第2變換爐。第2變換爐出口變換氣(溫度約218 ℃、CO體積分?jǐn)?shù)約2%)分成2股，其中一股50%～60%進(jìn)入氣氣換熱器預(yù)熱煤氣，另一股約40%～50%進(jìn)入鍋爐水加熱器將冷激水加熱至約150 ℃；混合后的氣體(130 ℃)先進(jìn)入脫鹽水加熱器回收余熱并降溫至約70 ℃，最后進(jìn)入終冷器降溫至<40 ℃去下工段。

2 事故過程

B氣氣換熱器從2016年1月4日開始投運(yùn)至2016年3月初運(yùn)行2個(gè)月左右，因其阻力增大需隔離清洗。2016年3月11日9：50，打開A氣氣換熱器管程、殼程出口閥以及管程、殼程進(jìn)口放空閥進(jìn)行置換；10：00，中控顯示系統(tǒng)出口工藝氣中CO含量在線分析數(shù)據(jù)突然超過滿量程3.6%(體積分?jǐn)?shù))，且后系統(tǒng)雙甲工段甲烷化塔催化劑溫度較快上升而超溫，被迫降低系統(tǒng)負(fù)荷；初步判斷是由于A氣氣換熱器內(nèi)漏，管程內(nèi)進(jìn)口氣體直接竄入殼程的出口工藝氣里，出口工藝氣CO含量急劇增加而致使后系統(tǒng)雙甲工段甲烷化塔催化劑溫度超溫。立即將A氣氣換熱器管程、殼程出口閥及管程、殼程進(jìn)口放空閥關(guān)閉并進(jìn)行隔離，隔離后出口工藝氣CO含量逐漸恢復(fù)正常，由此斷定A氣氣換熱器內(nèi)漏。將A氣氣換熱器與系統(tǒng)隔離拆下進(jìn)行打壓試漏，將水灌入A氣氣換熱器殼程內(nèi)，還未升壓就發(fā)現(xiàn)水從管程內(nèi)大量泄漏出來，觀察發(fā)現(xiàn)A氣氣換熱器泄漏很嚴(yán)重，管板與管束間已出現(xiàn)裂紋，無法繼續(xù)使用。

3 原因分析

(1)改造前，變換系統(tǒng)A氣氣換熱器(立式Φ900 mm×7 351 mm，212 m2)殼程進(jìn)口為第1變換爐出口工藝氣，殼程出口為第2變換爐進(jìn)口工藝氣，即使氣氣換熱器部分泄漏，導(dǎo)致氣氣換熱器出口工藝氣中CO指標(biāo)升高，但是第2變換爐還能起到把關(guān)作用，系統(tǒng)出口工藝氣中CO指標(biāo)會(huì)升高，但不會(huì)導(dǎo)致急劇升高，有調(diào)整的時(shí)間和手段。改造后，變換系統(tǒng)氣氣換熱器殼程進(jìn)口為第2變爐出口工藝氣，殼程出口為變換系統(tǒng)出口工藝氣，氣氣換熱器一旦泄漏，系統(tǒng)進(jìn)口工藝氣就直接竄至系統(tǒng)出口工藝氣中，直接導(dǎo)致變換系統(tǒng)出口工藝氣中CO含量急劇升高，即沒有調(diào)整的時(shí)間和手段。

(2)A氣氣換熱器未投用期間，由于在冬季需要對(duì)其進(jìn)行防凍保護(hù)，殼程進(jìn)口閥需稍開一點(diǎn)，殼程出口導(dǎo)淋閥打開排液，可能是此氣氣換熱器內(nèi)漏的原因之一。半水煤氣進(jìn)入變換爐的溫度應(yīng)控制在露點(diǎn)溫度20 ℃以上，可防止因工藝操作波動(dòng)造成水析出。變換氣在降溫至露點(diǎn)溫度操作區(qū)時(shí)，不斷析出的酸性冷凝液會(huì)對(duì)管道造成腐蝕。變換爐出口氣體管道在高溫、臨氫環(huán)境下操作，會(huì)產(chǎn)生氫侵蝕，同時(shí)變換氣中含量較高的H2S在高溫下會(huì)造成鋼材表面的均勻腐蝕。由于氣體中含有H2S，CO2和HCN等有害酸性氣體，會(huì)對(duì)設(shè)備和管道造成腐蝕。

(3)A氣氣換熱器為新更換管束和管板的尚未投用設(shè)備，將此換熱器返廠進(jìn)行修復(fù)和檢測，經(jīng)檢測設(shè)備腐蝕為晶間腐蝕。這種腐蝕是在金屬(合金)表面無任何變化的情況下，使晶粒間失去結(jié)合力，金屬強(qiáng)度完全喪失，導(dǎo)致設(shè)備突發(fā)性破壞。許多金屬(合金)都具有晶間腐蝕傾向，其中不銹鋼、鋁合金及含鉬的鎳基合金晶間腐蝕較為突出。如有應(yīng)力存在，由晶間腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐?yīng)力腐蝕破壞，因此，設(shè)備生產(chǎn)廠家的設(shè)備設(shè)計(jì)和制造存在缺陷是氣氣換熱器內(nèi)漏的主要原因。

4 防范措施

4.1 切換氣氣換熱器

運(yùn)行過程中，當(dāng)氣氣換熱器阻力達(dá)0.08 MPa或管層出口氣體溫度<170 ℃時(shí)，對(duì)氣氣換熱器進(jìn)行切換。

(1)先對(duì)備用換熱器外部的法蘭、封頭進(jìn)行查漏，將備用換熱器殼層進(jìn)口、管層進(jìn)口和本體的導(dǎo)淋均打開排水。當(dāng)換熱器本體導(dǎo)淋沒有水排出后在此取樣，同時(shí)在第2變換爐出口取樣，分析該兩處變換氣中CO含量并進(jìn)行對(duì)比。如果換熱器本體導(dǎo)淋處變換氣中CO含量高于第2變換爐出口氣中CO含量，說明此氣氣換熱器存在內(nèi)漏現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)隔離換熱器并進(jìn)行處理內(nèi)漏；如兩處變換氣中CO含量相差不大，說明此換熱器不存在內(nèi)漏，可以繼續(xù)投用。

(2)換熱器殼層、管層進(jìn)口導(dǎo)淋排盡水后，先開殼層進(jìn)口充壓閥進(jìn)行暖管，待溫度升高后殼層進(jìn)口大閥稍開到一定程度即加快速度暖管，換熱器本體導(dǎo)淋保持一定開度排水，殼層進(jìn)口大閥開時(shí)只能小幅調(diào)整，防止造成氣氣換熱器進(jìn)、出口溫度大幅波動(dòng)，及時(shí)與中控操作人員聯(lián)系，保證投用的換熱器管層出口氣體溫度降低幅度≤10 ℃，第2變換爐進(jìn)口氣體溫度降低幅度≤5 ℃。當(dāng)換熱器本體導(dǎo)淋沒有水排出時(shí)，稍開管層進(jìn)口閥開度，本體導(dǎo)淋繼續(xù)排水，暖管時(shí)間應(yīng)≥1 h；暖管期間，首先要確認(rèn)管層、殼層出口管道有升溫跡象，確保管道、閥門暢通，中控操作人員可采用調(diào)整蒸汽用量、中壓廢熱鍋爐熱副線、提溫副線閥門開度等手段，控制第1變換爐進(jìn)口、第2變換爐進(jìn)口及各床層氣體溫度在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)。

(3)當(dāng)中控系統(tǒng)顯示換熱器管層、殼層出口溫度均緩慢上升時(shí)，說明換熱器已暖管完畢，可以切換。要組織好現(xiàn)場操作人員，一邊緩慢開啟投用換熱器管層、殼層進(jìn)口閥門；另一邊緩慢關(guān)閉被隔離的換熱器管層、殼層進(jìn)口閥門，應(yīng)先關(guān)死管層進(jìn)口閥，隨后關(guān)死殼層進(jìn)口閥。當(dāng)投用換熱器已投運(yùn)時(shí)，中控操作人員要注意并聯(lián)的2套變換系統(tǒng)氣量變化幅度并及時(shí)調(diào)整在允許范圍內(nèi)；當(dāng)投用的換熱器溫度都正常后，通知檢修人員熱緊。

4.2 檢修隔離換熱器

當(dāng)需要投用的換熱器投運(yùn)后要對(duì)其再進(jìn)行一次查漏，確認(rèn)無漏點(diǎn)，運(yùn)行正常，對(duì)隔離換熱器進(jìn)行隔離檢修。

(1)關(guān)閉隔離換熱器管層、殼層出口閥，關(guān)死后對(duì)其再開啟、關(guān)閉數(shù)次，然后對(duì)管層、殼層進(jìn)口閥也開啟、關(guān)閉數(shù)次，確保其完全隔離。

(2)開啟管層進(jìn)口和殼層出口閥門進(jìn)行放空、卸壓，卸壓時(shí)需要聯(lián)系消防車監(jiān)護(hù)，放空、卸壓要同時(shí)進(jìn)行，卸壓速度≤0.2 MPa/min。

(3)當(dāng)卸壓完成后，在專人和消防車監(jiān)護(hù)下，檢修人員將管層進(jìn)口盲板、殼層出口盲板倒至盲位(倒盲板之前，不能同時(shí)開啟管層進(jìn)口、殼層出口閥門進(jìn)行放空)，然后關(guān)閉管層進(jìn)口和殼層出口的放空閥(防止倒盲板時(shí)閥門關(guān)不嚴(yán))。

(4)檢修人員拆開管層進(jìn)口下法蘭蓋，對(duì)換熱器進(jìn)行清洗，清洗合格后，上封頭和下法蘭蓋均復(fù)位后；開啟管層進(jìn)口閥進(jìn)行放空、卸壓，管層進(jìn)口盲板倒至通位，設(shè)備檢修完畢備用。

5 結(jié)語

針對(duì)變換系統(tǒng)中許多設(shè)備和管道存在的高溫氫侵蝕、高溫硫化物腐蝕、濕硫化氫腐蝕、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象，變換系統(tǒng)的設(shè)備和管道設(shè)計(jì)應(yīng)與運(yùn)行工藝情況相結(jié)合， 適應(yīng)工藝運(yùn)行要求。 變換系統(tǒng)工藝管理人員和操作人員要深入研究和掌握其工藝原理及特點(diǎn)，精細(xì)操作，避免因不當(dāng)操作造成設(shè)備和管道的腐蝕而發(fā)生系統(tǒng)的波動(dòng)及事故。

2017- 01- 05)