螺桿式冷凍機組冷凝器檢修與腐蝕預防

陳建華，彭杰輝

（新疆天利石化控股集團有限公司，新疆克拉瑪依 833699）

0 引言

天利石化工業(yè)園區(qū)設有南、北區(qū)冷凍站，共5 臺RWBII 316型雙螺桿式冷凍機組，均為公司級關鍵機組，其中北區(qū)3 臺（兩開一備），南區(qū)2 臺（一開一備），出水溫度4 ℃，回水溫度8.5 ℃。該冷凍機組由噴油雙螺桿壓縮機、油氣分離器、油冷卻器、冷凝器、閃發(fā)式經濟器、氣液冷凝器回油器和滿液式蒸發(fā)器組成，以R1270（丙烯）為制冷劑，制冷量為2400 kW。自2014 年運行以來，多次發(fā)生冷凝器管程腐蝕泄漏檢修，該冷凝器為固定管板式換熱器，管程介質為循環(huán)水，殼程介質為制冷劑R1270，屬易燃易爆介質。在運行過程中，經濟器中R1270 液位逐步降低，吸氣壓力接近報警值，排氣壓力高達1810 kPa，初步判斷冷凝器換熱效果下降，且有不凝氣存在，不排除冷凝器有泄漏可能性。

因冷凍機組為成套設備，冷凝器與氣系統(tǒng)之間沒有設置法蘭，無法做到檢修前有效能量隔離，需將冷凍機組氣系統(tǒng)作為整體考慮，與油系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)、排污系統(tǒng)徹底隔離，并用氮氣置換氣系統(tǒng)中的可燃氣體，使其濃度低于爆炸極限以下，確保檢修安全。再對整個機組氣密、抽真空和引丙烯操作后開機運行。

1 冷凍機組系統(tǒng)流程

RWBII 316 型雙螺桿壓縮機為噴油雙螺桿壓縮機，工作流程：潤滑油從各潤滑點進入壓縮機后與丙烯一起經壓縮機壓縮后從壓縮機出口排出，隨后潤滑油在高效油氣分離器中被分離，經過油冷器、油過濾器后進入各潤滑點形成潤滑油的循環(huán)，成為冷凍機組的油系統(tǒng)（圖1）；被壓縮的丙烯通過冷凝器冷凝成液態(tài)進入蒸發(fā)器蒸發(fā)，吸收載冷劑的熱量，同時丙烯轉變成氣態(tài)后被壓縮機吸入并進行壓縮，丙烯在系統(tǒng)中循環(huán)。

整個過程實質上就是，通過電能轉化為機械能，使氣態(tài)丙烯壓縮從而液化，通過液體丙烯在蒸發(fā)器吸收載冷劑的熱量轉變成氣態(tài)，成為冷凍機組的氣系統(tǒng)。

2 冷凝器檢修過程

2.1 檢修前能量隔離

從設備運行參數判斷，冷凝器換熱效果明顯下降，需對冷凝器管束進行高水力清洗，清理污垢，為了確保安全期間，清洗前需將系統(tǒng)內丙烯全部排至火炬系統(tǒng)，并用氮氣多次爆破置換，使系統(tǒng)內丙烯濃度降低，動火前按照圖1 將油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)和火炬系統(tǒng)等用8 字盲板隔離，按照盲板管理制度建立盲板臺賬，規(guī)范盲板管理，確保檢修安全（圖2）。

圖1 雙螺桿冷凍機組流程及檢修盲板隔離位置

圖2 冷凍機組檢修盲板臺賬

2.2 水力清洗和渦流檢測

冷凝器運行數據見表1。打開冷凝器封頭，在進水管板處有大量的雜物和污垢（圖3）：一是涼水塔填料破損后進入循環(huán)水系統(tǒng)，造成部分換熱管堵塞；二是換熱管結垢嚴重，造成換熱效果下降。

圖3 換熱器管板處雜物和污垢

表1 冷凝器運行參數

用40 MPa 高壓水對1050 根換熱管逐根清洗，并利用渦流檢測技術按10%比例抽檢106 根，渦流檢測發(fā)現(xiàn)：5 根換熱管減薄量超過 20%但未達到40%，101 根換熱管壁厚減薄小于20%。按照渦流監(jiān)測評定依據可得出結論，該冷凝器管束可以繼續(xù)使用。

2.3 充壓試漏和修補

氣壓試驗法要求：采用干燥潔凈的氮氣，溫度不得低于15 ℃；氣壓試驗時，先充壓0.20 MPa、保壓5 min，對管板焊縫進行檢查，確認無泄漏后再升壓至1.15 MPa，確認無異常后再以0.20 MPa 為梯度逐步升壓至試驗壓力2.31 MPa，保壓10 min 后降至2.10 MPa，保壓24 h，對管板焊縫詳細檢查。如有泄漏，卸壓后進行修補，再重新進行試壓。

拆除冷凝器至經濟器調節(jié)閥，將氮壓機出口連接至調節(jié)閥前法蘭處，按照氣壓試驗步驟，通氮氣升壓至設計壓力的1.15倍，對管束做氣密查漏，發(fā)現(xiàn)有13 根換熱管有不同程度的腐蝕泄漏，按照施工要求做了堵管處理。

3 腐蝕原因分析

天利石化工業(yè)園各裝置使用的循環(huán)水為園區(qū)自建配套系統(tǒng)，涉及到各裝置循環(huán)水換熱器數量達到118 臺，被冷卻介質種類較多，隨著換熱器使用時間的延長，被冷卻介質和循環(huán)水對換熱管均存在不同程度的腐蝕和泄漏問題，介質進入循環(huán)水系統(tǒng)后循環(huán)水腐蝕進一步加劇，而循環(huán)水對換熱器腐蝕原因分析和預防措施的相關研究較多，在此不再論述。

（1）該冷凍站因為南區(qū)新建碳九樹脂裝置配套設施，為了考慮南北制冷量平衡，將南區(qū)苯乙烯裝置冷凍水并入，并與北區(qū)分開又互為備用，而循環(huán)水系統(tǒng)由南北園區(qū)共用，冷凍站投用時無法單獨對新建裝置循環(huán)水系統(tǒng)做清洗和預膜處理，在設備表面沒有形成保護膜，造成腐蝕加劇。

（2）因新建碳九裝置生產工藝的特殊性，投料試車一個月后停工，從節(jié)能角度考慮，將裝置循環(huán)水量由510 m3/h 調整為210 m3/h，造成水流速度降低，出現(xiàn)污泥沉淀，加劇了腐蝕。

4 結束語

通過對螺桿式冷凍機組冷凝器進行有效的盲板隔離和氮氣置換，使冷凝器中丙烯濃度降至爆炸極限以下，確保在管板焊接堵頭動火作業(yè)期間的本質安全。另外，經渦流檢測排查出該冷凝器的腐蝕程度，初步判斷出剩余壽命，通過循環(huán)水系統(tǒng)清洗預膜處理，并嚴格控制循環(huán)水流量不低于510 m3/h，提高循環(huán)水流速，才能有效避免腐蝕問題，確保冷凍機組長周期運行。