合成車間凈化崗位設(shè)備失效的原因及處理方法

張灝 梁思鵬

摘 要：針對合成車間凈化崗位設(shè)備的失效情況，基于腐蝕理論和力學(xué)理論，結(jié)合生產(chǎn)中出現(xiàn)的實(shí)際現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)考察，分析原因，并借鑒成熟資料提幾點(diǎn)處理方法。闡述了這些方法用于處理在線腐蝕設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，對生產(chǎn)中設(shè)備的檢修與維護(hù)有一定的意義。

關(guān)鍵詞：設(shè)備腐蝕；換熱器；再沸器；余熱回收器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.176

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司烯烴分公司合成車間凈化崗位分低溫甲醇洗，和硫回收裝置。低溫甲醇洗設(shè)備，現(xiàn)有塔8個(gè)、罐8個(gè)、換熱器40個(gè)、泵25臺、壓縮機(jī)2臺。硫回收設(shè)備，現(xiàn)有塔4個(gè)、罐21個(gè)、換熱器15個(gè)、反應(yīng)器3個(gè)、泵31臺、空冷器2臺、風(fēng)機(jī)6臺、過濾器2個(gè)、煙囪1個(gè)。在生產(chǎn)中已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕并能對生產(chǎn)產(chǎn)生直接影響的設(shè)備有：低溫甲醇洗的酸性氣冷卻器E-40014，熱再生塔再沸器E-40021；硫回收的尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010。因此，本文對上述3個(gè)設(shè)備進(jìn)行介紹，并分析其失效原因，便于更好的維護(hù)和使用。

1 設(shè)備生產(chǎn)的基本情況

酸性氣冷卻器E-40014，該換熱器，管程介質(zhì)為循環(huán)水，殼程為來自熱再生塔塔頂閃蒸的酸性氣，主要成分為H2S，少量的CO2、CH4、H2O、NH3。該換熱器的作用：冷卻熱再生塔塔頂閃蒸的酸性氣，氣相送至酸性氣冷凝器E-40015，液相送至解析塔T-40004底部。

熱再生塔再沸器E-40021，該換熱器，管程介質(zhì)為，0.55Map的低低壓蒸汽，殼程介質(zhì)為來自熱再生塔T-40005塔底的富硫甲醇。該換熱器的作用：加熱富硫甲醇，配合來自甲醇水塔的甲醇蒸汽，使富硫甲醇得到徹底的再生，是整個(gè)低溫甲醇洗的心臟。

尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010，該換熱器，管程介質(zhì)為來自尾氣焚燒爐焚燒的尾氣，溫度在800℃左右，中間有根沒有和殼程介質(zhì)接觸的中心管，殼程介質(zhì)中壓鍋爐給水，造作壓力為3.25Map。該換熱器的作用：回收尾氣焚燒爐的產(chǎn)生的熱量，冷卻排放大氣的尾氣。

2 設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中失效的基本情況

酸性氣冷卻器E-40014，經(jīng)檢修拆開發(fā)現(xiàn)，腐蝕主要集中在殼程頂部氣相入口管線附近的列管處。

熱再生塔再沸器E-40021，經(jīng)檢修拆開發(fā)現(xiàn)，腐蝕在管程，零散分部。

尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010，經(jīng)檢修拆開發(fā)現(xiàn)，腐蝕主要集中在底部換熱列管下五排處。

3 設(shè)備失效對整個(gè)生產(chǎn)的影響以及現(xiàn)場的實(shí)際現(xiàn)象

酸性氣冷卻器E-40014，該設(shè)備在解析框架5層，離地面大概20米左右，0.45Map的循環(huán)水在此處壓力應(yīng)低于0.45Map，單肯定大于0.17Map，列管腐蝕導(dǎo)致循環(huán)水進(jìn)入0.17Map的換熱器殼程，最終進(jìn)入系統(tǒng)，增加系統(tǒng)水含量。更為嚴(yán)重的是，殼程介質(zhì)主要組分為H2S， H2S易溶于水，大量的H2S進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)硫含量嚴(yán)重超標(biāo)。最直觀的表現(xiàn)為，循環(huán)水中污濁粘稠的白沫，在循環(huán)水噴淋的硫磺造粒機(jī)處尤為明顯。能證明循環(huán)水中污濁的白沫來自酸性氣冷卻器E-40014的有利證據(jù)為，在2014年5月大檢修前E-40014內(nèi)漏，造粒機(jī)噴淋冷卻水處污濁的沫子大量堆積在造粒機(jī)水槽處，而檢修后污濁的白沫消失，如果這只是一個(gè)巧合，那最近一次切換E-40014就能更直接的說明問題，在切換E-40014前，造粒機(jī)噴淋冷卻水處出現(xiàn)這種白沫，中化取樣發(fā)現(xiàn)E-40014內(nèi)漏，而在將E-40014切換到新曾換熱器后，白沫消失。如果長期使用這種被污染的循環(huán)水，對整個(gè)使用循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)備來說是致命的。

熱再生塔再沸器E-40021，該設(shè)備列管腐蝕失效，最直接的表現(xiàn)為中控操作畫面，熱再生塔T-40005塔底溫度遠(yuǎn)傳溫度顯示400TI0560溫度超過105℃。E-40021產(chǎn)生的影響可以從以下情況來看。E-40021凝液管線上有4寸的現(xiàn)場導(dǎo)淋，通過該導(dǎo)淋可以直接控制E-40021管程壓力，所以，E-40021產(chǎn)生的影響一是：管程壓力大于殼程壓力，致使蒸汽凝液進(jìn)入甲醇系統(tǒng)，是塔底溫度超標(biāo)，影響系統(tǒng)再生。二是：現(xiàn)場導(dǎo)淋開度過大，使管程壓力小于殼程壓力，致使塔底甲醇進(jìn)入凝液，排到現(xiàn)場，進(jìn)入污染雨水池，使外送的污水COD超標(biāo)。導(dǎo)致的后果就是，系統(tǒng)補(bǔ)甲醇的的頻次明顯增加，造成甲醇的嚴(yán)重浪費(fèi)。

尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010，該設(shè)備失效的表現(xiàn)為，殼程的中壓鍋爐給水進(jìn)入管程，侵泡鋪在焚燒爐底部的耐火磚，使耐火磚失效。該設(shè)備在2013年底的檢修拆開時(shí)發(fā)現(xiàn)更為嚴(yán)重的情況，一是，中心管尾部炸裂，導(dǎo)致鍋爐水進(jìn)入中心管，在煙囪形成液擊對后工段管道和煙囪造成嚴(yán)重的沖擊；二是，鍋爐水與尾氣中的SO2在高溫下反應(yīng)生成H2SO3，H2SO3與設(shè)備中的Fe反應(yīng)生產(chǎn)H2 ，這并不僅僅是理論的推測，在生產(chǎn)中的現(xiàn)象足以說明在E-45010確實(shí)發(fā)生過這樣的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)時(shí)E-45010內(nèi)漏嚴(yán)重，通過E-45010殼程的導(dǎo)淋接消防水帶排向污染雨水池，在污染雨水泵外送時(shí)發(fā)現(xiàn)，雨水泵管線泄漏嚴(yán)重，在更換過管線后，很短的幾天內(nèi)管線大面積泄漏，一般的腐蝕很難有這么快的速度，這就說明管子內(nèi)的介質(zhì)很有可能是亞硫酸。下面的推測就足以說明，介質(zhì)就是亞硫酸。先做一個(gè)假設(shè)，假設(shè)確實(shí)有亞硫酸生成，在亞硫酸的化學(xué)腐蝕下，E-45010殼程尾部壁厚56mm的低碳合金鋼材（16MnR），在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了大大小小的腐蝕孔，并開始在現(xiàn)場泄漏，在在線堵漏過程中，監(jiān)護(hù)人員發(fā)現(xiàn)在焊接時(shí)從腐蝕孔處噴出藍(lán)色火焰，可燃物有兩種可能，一是：燃料氣和需要焚燒的可燃尾氣；二是：亞硫酸與鐵反應(yīng)生成的氫氣。硫回收單元設(shè)計(jì)負(fù)荷7700Nm3/h，而在當(dāng)時(shí)生產(chǎn)實(shí)際負(fù)荷最多只有3800 Nm3/h，這說明焚燒爐膛內(nèi)的燃料氣和需要焚燒的可燃尾氣不可能出現(xiàn)在余熱回收器尾部，充分說明當(dāng)時(shí)噴出的淡藍(lán)色火焰是氫氣，這間接證明E-45011內(nèi)生成了亞硫酸。這產(chǎn)生的后果便是硫回收單元停車，甚至更嚴(yán)重的后果。

4 設(shè)備失效的原因分析

酸性氣冷卻器E-40014，經(jīng)檢修拆開發(fā)現(xiàn)，腐蝕主要集中在殼程頂部氣相入口管線附近的列管處。

E-40014換熱管是10鋼，從換熱管失效的分部情況來看，設(shè)計(jì)腐蝕余量不存在不足。熱再生塔T-40005頂部閃蒸出的酸性氣對每根換熱管的腐蝕反應(yīng)應(yīng)該是一樣的，唯一不一樣的地方在于，頂部接近氣相管線入口的換熱管被酸性氣沖擊的更為猛烈，而在下面的換熱管由于具有一定流速的酸性氣被冷卻，以及被上面換熱管緩沖，在與下面換熱管接觸時(shí)酸性氣已經(jīng)相對緩和。因此判斷，E-40014換熱管失效是由湍流腐蝕引起的。

熱再生塔再沸器E-40021，經(jīng)檢修拆開發(fā)現(xiàn)，腐蝕在管程，零散分部。

E-40021換熱管是10號鋼。E-40021是整個(gè)低溫甲醇洗裝置的心臟，整個(gè)裝置投入精力最多，操作最為頻繁的地方也正在此處，隨氣量的多少，E-40021所承受的蒸汽流量低至10t/h，高至30t/h，蒸汽負(fù)荷頻繁的波動，是導(dǎo)致?lián)Q熱管失效的最主要原因。從腐蝕情況來看，屬于腐蝕疲勞。

尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010，經(jīng)檢修拆開發(fā)現(xiàn)，腐蝕主要集中在底部換熱列管下五排處。

E-45010換熱管是20號鋼。導(dǎo)致底部五排換熱管漏，可能的原因一是：耐火磚在高溫下會產(chǎn)生粉塵，粉塵在重力作用下沉積在焚燒爐底部，在工藝氣流帶動下，進(jìn)入管程，與換熱管摩擦，導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)漏。在檢修時(shí)拆開E-45010封頭發(fā)現(xiàn)并沒有大量的耐火磚粉塵，所以排除此原因。二是：現(xiàn)場所有鍋爐排污管線都集中在鍋爐排污冷卻器入口管線，在入口管線處有一個(gè)起跳壓力為1.0Map的安全閥，E-45010殼程壓力在3.25Map左右，現(xiàn)場對E-45010進(jìn)行鍋爐排污操作時(shí)，稍微多開一點(diǎn)E-45010鍋爐排污閥，鍋爐排污冷卻器入口安全閥會起跳，導(dǎo)致現(xiàn)場排放，而這時(shí)操作人員一般會選擇直接關(guān)閉鍋爐排污閥，停止鍋爐排污，導(dǎo)致中壓鍋爐給水中的MgSO4、CaSO4等雜物沉積在E-45010殼程底部，最終這些雜志附著在換熱管壁上，使管壁傳熱效果減少，導(dǎo)致?lián)Q熱管壁溫度增加導(dǎo)致?lián)Q熱管爆裂。而來自高壓除氧器的中壓鍋爐給水，氧含量應(yīng)該符合要求，殼程中壓鍋爐給水液位基本維持在50%，浸泡換熱管一半，而E-45010只有底部五排換熱管發(fā)生泄漏，也說明最主要的原因不是水質(zhì)引起的。

5 措施

基于前面分析E-40014是由磨損腐蝕引起的，防止磨損腐蝕的措施：

（1）改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。增加管徑，減少流速，以獲得層流；避免容易造成湍流的截面變化的設(shè)計(jì)，可以減少湍流腐蝕，彎管的設(shè)計(jì)可視材料不同，使彎曲半徑為管徑的3～5倍，可防止沖蝕。

（2）正確選材。對湍流腐蝕要綜合考慮材料的耐蝕性和耐磨性；對沖蝕、氣蝕要考慮材料的硬度和韌性。

（3）表面處理。在金屬部件上襯以橡膠、塑料等彈性材料、可以減輕磨蝕的危害；耐蝕性良好的涂層，鍍層對防止湍流腐蝕等也是有益的。

（4）控制環(huán)境?？刂骗h(huán)境的溫度、pH值、氧含量、添加緩蝕劑、去除流體中的固體物質(zhì)，對減輕湍流腐蝕、沖蝕是有效的。

綜上所述：更換新的E-40014，在采購設(shè)計(jì)時(shí)考慮磨損腐蝕的防范，注意結(jié)構(gòu)及其材料的正確選擇。

E-40021是因?yàn)樨?fù)荷頻繁波動導(dǎo)致腐蝕疲勞引起的。腐蝕疲勞的防護(hù)與控制措施：

（1）合理選材。這里要指出，為了提高抗疲勞斷裂，一般選用強(qiáng)度較高的材料；而對于腐蝕疲勞，強(qiáng)度越高的鋼種，其腐蝕疲勞門坎值反而越低，因此，選擇強(qiáng)度低的材料更為安全。

（2）降低應(yīng)力。可以從以下四方面考慮：1）改進(jìn)設(shè)計(jì)，減少應(yīng)力；2）避免尖銳缺口；3）采用消除殘余應(yīng)力的熱處理；4）采用噴丸等表面處理，使表面層有殘余壓應(yīng)力。

減少負(fù)荷大幅度波動，保持工況平穩(wěn)，才是保證裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)的根本。操作加減蒸汽時(shí)應(yīng)以少量多次為根本原則。

（3）減少腐蝕。常用措施有涂層、緩蝕劑和電化學(xué)保護(hù)。

E-45010在檢修時(shí)將失效的換熱管用堵頭堵死。在日常生產(chǎn)中應(yīng)做好定期鍋爐排污工作，為E-45010鍋爐排污管線配置專門的排污副線。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬培根.“氣煤混燒”技術(shù)在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用[J].區(qū)域供熱，2010（04）：9.

[2]劉小輝.設(shè)備腐蝕與防護(hù)技術(shù)問答[J].2014，7（01）.

作者簡介：張灝（1989-），男，山東菏澤人，本科，研究方向：煤化工技術(shù)。