任海云，張東波，宋滿堂

（中石油第二建設有限公司，甘肅 蘭州 730060）

1 概述

某石化公司300 萬t/年柴油加氫裝置反應系統共有5 臺高壓換熱器，均采用隔膜密封盤密封形式。該裝置投產半年后，其中一臺銨鹽結垢情況嚴重，換熱器管束被堵塞，導致高壓系統壓降較高，裝置處理量受到一定的影響，因此對反應系統高壓換熱器進行了檢修。在本次檢修結束后，對檢修中高壓換熱器抽芯困難的問題、采取的措施進行了總結分析。

2 隔膜式換熱器基本結構及特點

高壓換熱器是柴油加氫裝置的關鍵設備，在工藝流程中通常設置在加氫反應器下游，管程熱介質為高溫反應產物、氫氣、硫化氫等，殼程為原料油、氫氣、硫化氫或低分油等其他冷介質。操作工況為高溫（中溫）、中壓、臨氫及硫化氫強腐蝕環(huán)境，條件比較苛刻。因此，為了使高壓換熱器在高效換熱及操作條件安全可靠的前提下工作，在加氫裝置中經常選用隔膜密封盤式高壓換熱器。

2.1 隔膜式高壓換熱器的基本結構

隔膜式高壓換熱器的基本結構如圖1-2 所示。主要由外殼部件和管束部件兩部分組成，其中管束部件與普通高壓換熱器中管束的結構相同。不同的是管板將換熱器內部空間分為管程和殼程兩部分，管箱和殼程筒體結構都是焊接在一起的完整筒體，省去了傳統大法蘭式換熱器在連接管、殼程時的兩片設備法蘭，采用這種結構使設備本身更加緊湊、管殼程進出口接管盡可能的靠近管板。

圖1 隔膜式換熱器的基本結構

圖2 隔膜密封盤的局部視圖

2.2 隔膜式高壓換熱器的基本特點

具有結構簡單、密封安全可靠、單臺投資成本減少、制造難度相對低、經濟實用等特點。

3 存在問題及原因分析

3.1 存在問題

對裝置4 臺高壓換熱器進行管束抽芯檢查后，1 臺高壓換熱器需要整體更換，3 臺需要檢修。需抽芯檢修的3 臺高壓換熱器均為U 型管式雙管程、雙殼程結構，管箱封頭采用隔膜式密封。在管束抽芯過程中發(fā)現，反應產物-混氫油換熱器內部沒有銨鹽結垢，內件及導流筒、管束等拆除順利；而在反應產物-冷混氫油換熱器管束抽芯時，內件及導流筒無法使用常規(guī)方法進行抽取，主要原因為管箱結垢嚴重，致使導流筒與管箱之間的裝配間隙完全被結垢物填充，導流筒抽出困難。

3.2 原因分析

3.2.1 反應系統工藝流程

自裝置外來的原料油等混合原料，經反應進料泵升壓后，在流量控制下，進入反應產物-冷混氫油換熱器殼程和反應產物-混氫油換熱器殼程與反應產物進行換熱后，進入反應進料加熱爐加熱至反應所需溫度，再進入加氫精制反應器，在催化劑作用下進行脫硫、脫氮、脫氧、烯烴飽和、芳烴飽和等反應。來自加氫精制反應器的反應產物，經反應產物與混氫油換熱器管程、反應產物-低分油換熱器管程和反應產物-冷混氫油換熱器管程換熱后，經反應產物空冷器冷卻至50℃以下，進入高壓分離器。

3.2.2 反應產物-冷混氫油換熱器設計條件及技術要求（見表1）

表1 反應產物-冷混氫油換熱器設計條件及技術

3.2.3 銨鹽結垢

根據設計條件及技術要求，反應產物-冷混氫油換熱器管程進出口設計溫度為210℃/124℃，溫度如果高于氯化銨的結晶溫度（210℃左右），銨鹽無法形成結晶。然而，該裝置自開工以來，由于原料油沒有達到原設計要求的輕油進料，且原料油中氯離子、銨根離子含量高，導致反應產物-冷混氫油換熱器管程內溫度一直低于設計值。

原料油經過混氫反應后，生成的NH3、H2S 和HCL 在反應流出物經換熱冷卻后，由于NH3、H2S 和HCL的分壓較高，化合成NH4HS、NH4CL固體(NH4CL 的結晶溫度約為210℃，NH4HS 的結晶溫度約為121℃)而結晶析出，于高壓換熱器流速低的部位聚集結垢，濃縮沉積造成垢下腐蝕，形成蝕坑，使導流筒表面粗糙度增加，更易形成結垢，日積月累結垢會更加牢固，不僅影換熱效果，也給抽芯檢修帶來困難。

對其中一臺反應產物-冷混氫油換熱器管束進行抽芯檢查，在管束抽離殼體時發(fā)現殼體結垢嚴重（如圖3 所示），導流筒抽出困難。而在后續(xù)兩臺抽芯檢查時，導流筒與殼體之間結垢比之前更加嚴重，對現場檢修造成很大影響。

圖3 反應產物-冷混氫油換熱器導流筒表面結垢

4 采取的措施及處理工藝

隔膜密封盤及壓緊環(huán)、半月板、壓緊法蘭、四合環(huán)拆除后，進行導流筒的拆除，由于導流筒與殼體之間的銨鹽結垢嚴重，銨鹽結垢填充滿導流筒與殼體的安裝間隙，使二者之間產生極大的粘結力，造成導流筒抽出困難。

4.1 導流筒拆除措施

由于隔膜密封盤式高壓換熱器的管箱與殼程筒體是焊接在一起的完整筒體，沒有傳統的連接設備管殼程大法蘭，因此，給設備管束抽芯檢查帶來了困難，無法采用常用的抽芯機進行抽芯，因此，需根據隔膜式高壓換熱器的內部結構特點制作專用拆除工裝。

4.1.1 利用導流筒拆除專用工裝

將自制工裝與導流筒連接，首先在工裝水平方向安裝兩臺150t 液壓千斤頂進行導流筒抽出試驗，當兩臺千斤頂同時作業(yè)時，觀察導流筒是否有移動跡象，如果有松動，繼續(xù)進行抽出導流筒；如果未動，則需在工裝垂直方向再安裝兩臺150t 液壓千斤頂（共計4 臺）進行作業(yè)，如圖4 所示。

圖4 導流筒拆除專用工裝

4.1.2 導流筒拆除

拆除導流筒時，將工裝上的液壓千斤頂同步操作，以便保證受力均衡，導流筒在殼體內出現明顯的滑動時，拆卸工裝上的千斤頂，用50t 吊車吊穩(wěn)導流筒與工裝的結合體，在工裝前端掛上鋼絲繩，用裝載機配合拉出導流筒，對抽出的導流筒進行詳細檢查，重點檢查隔板與筒體是否變形以及筒體受腐蝕的程度。

4.2 結垢處理措施

換熱器管箱筒節(jié)材質為15CrMoⅥ級鍛件，壁厚為110mm，內徑為Φ1400mm；導流筒（內筒）頂圈材質為15CrMoⅢ級鍛件，壁厚為187.5mm；筒節(jié)材質為15CrMoR，壁厚為38mm，內徑為Φ1395mm（前端）/1392mm（末端），長度為1210mm。內筒及殼體之間間隙為2.5mm～4mm 之間，該間隙之間銨鹽結垢厚度較厚。

由于銨鹽結垢位于導流筒及殼體之間且間隙極小，無法采取其他措施進行清除，因此根據結垢的成因分析，將銨鹽結垢加熱至210℃左右，使銨鹽熔解或分解。同時使筒體在加熱作用下膨脹，使二者間隙增大。

在導流筒管程接管前后、筒體外部前端500mm處安裝電加熱帶進行加熱（如圖5 所示），電加熱時間一般需要持續(xù)24h 左右，可控溫度420℃左右，該溫度既可以達到熔解或分解銨鹽結垢的目的，也避免了長時間高溫加熱對設備本體的影響。

圖5 殼體外壁加熱

4.3 冷卻

在筒體外部加熱的同時，在導流筒的內壁放置干冰，利用干冰的汽化現象，降低導流筒的溫度，避免導流筒產生熱膨脹，達到使二者間隙增大的目的。

4.4 實施效果

通過采取以上措施，導流筒成功抽出，結垢順利清除，為后續(xù)檢修的掃清了障礙（如圖6 所示）。

圖6 導流筒成功抽出

5 結語

本文對隔膜式換熱器導流筒與殼體內壁銨鹽結垢成因進行分析說明，導流筒結垢問題仍將對隔膜式換熱器檢修造成影響。經過導流筒銨鹽結垢問題采取的處理措施，成功解決了導流筒抽芯困難的現象?？紤]到該煉油廠近期無法引進化工輕油及原料油硫含量無法降低等客觀因素，而高壓換熱器檢修管束又需要抽芯檢查，為了保證檢修的高質量、高效率，得出以下合理結論：

1）采取相應的生產工藝減少導流筒及殼體裝配間隙之間的銨鹽結垢。

2）根據反應產物-冷混氫油換熱器導流筒規(guī)格尺寸，備用一件導流筒，便于循環(huán)使用，檢修拆除后消除表面形成的蝕坑，減少結垢存積量。

3）針對反應產物-冷混氫油換熱器檢修，制做標準化工裝。

4）在導流筒外壁刷涂阻焦劑，降低外壁結焦結垢的可能性。