低温甲醇洗系统贫富甲醇换热器泄漏原因分析及处理

低温甲醇洗系统贫富甲醇换热器泄漏原因分析及处理

田文海

新疆广汇新能源有限公司 , 新疆 哈密 839303

摘要：换热器是工业生产中必备的设备，其运行情况严重影响系统的运行，泄漏时有发生且无法避免。目前，应用最广泛的列管式换热器主要由壳体、管板、管束、封头、折流挡板等组成，通过间壁进行热交换，既保证了热量的交换，也隔绝了介质间的接触。但是，泄漏不仅会污染工艺系统，影响生产的经济性，还直接威胁其他设备的安全稳定运行，所以快速有效处理泄漏问题至关重要。

关键词：低温甲醇洗，贫富甲醇换热器，泄漏，腐蚀

引言

低温甲醇洗贫富甲醇换热器承担着甲醇富液和贫液的换热任务，一旦出现泄漏，指标异常，将严重某煤制油分公司分析了贫富甲醇换热器泄漏的原因，并对不同情况提出了不同的检修措施，取得了较好的效果，现介绍如下。

1工艺概况

我公司低温甲醇洗系统采用双吸收塔流程，包括原料气的吸收、有效气体的中压解吸、低压解吸及氮气提、热再生等单元。热再生系统的再沸器Ｅ－２８２７采用变换系统的变换气作为热源加热壳程甲醇，实现对甲醇的再生。Ｅ－２８２７采用釜式反应器，换热管采用Ｕ型管结构，列管与管板采用强度焊＋贴胀连接。

2贫富甲醇换热器泄漏初期现象

2.1甲醇贫液温度升高

低温甲醇洗甲醇循环正常运行，需保证各塔液位稳定，即热再生塔进出物料量一致。当贫富甲醇换热器发生泄漏时，大量甲醇贫液泄漏至甲醇富液，重新流回至热再生塔。根据换热量公式Q=Cm（t1-t2），在换热量基本不变的情况下，换热甲醇质量的增加，会导致温度差变小，最终反映在贫富甲醇换热器管程出口甲醇贫液温度升高。

2.2贫液泵电流上涨，贫液出口流量下降

由热再生塔加热再生出来的甲醇贫液经贫液泵升压至5.0MPa，通过贫富甲醇换热器换热降温，作为二氧化碳吸收塔的洗涤溶液。因贫富甲醇换热器泄漏，大量贫液泄漏至甲醇富液，导致贫液泵电流上涨，贫液出口流量下降。

2017年，某煤制油分公司贫液泵电流由40A升至55A，但出换热器贫液流量由400m3/h下降至300m3/h，已不能满足甲醇贫液的洗涤量，导致系统大幅度减负荷。贫液泵的电流增大，说明泵的有效功率升高，根据泵有效功率P=ρgHQ可以推断，在其他条件不变的情况下，泵实际流量Q应增大，但出贫富甲醇换热器贫液流量降低，说明贫富甲醇换热器发生泄漏。

3贫富甲醇换热器泄漏原因分析

3.1CO及羰基化合物对设备腐蚀

循环甲醇中溶有少量的CO和羰基化合物，羰基化合物的主要成分是Fe（CO）5，即羰基铁。在含硫化氢的酸性氛围下，形成Fe（CO）5的过程中，还会生成另一种含硫的羰基铁，其主要生成原理是溶解在循环甲醇中的一氧化碳和硫化氢在通过换热器时，由于温度和压力激变，一氧化碳在高压低温下与铁反应形成Fe2+，并腐蚀管道设备。即硫化氢的酸性氛围一方面促进了一氧化碳与材质中的铁发生反应，另一方面硫化氢也会参与反应，形成硫羰基铁。在这种腐蚀环境下，加上流体不断改变流向，反复冲刷，造成磨损和腐蚀，增加了泄漏的危险性。

3.2硫化氢腐蚀机理

Ｈ＋得到电子成为氢原子，氢原子之间有较大的亲和力，易形成氢分子排出。然而，介质中的硫化物、氰化物等消弱这种亲和力，部分抑制了氢分子的形成，这样以来氢原子就很容易渗入钢的内部并溶入晶格中，在一定条件下将导致材料的脆化和氢损伤。湿硫化氢环境除了可以造成过程设备的均匀腐蚀外，更重要的是引起一系列于钢材渗氢有关的腐蚀开裂。

3.3甲醇溶液中杂质冲刷磨损

变换工段触媒粉化、瓷球破碎、变换气夹带煤粉均会导致变换气粉尘含量超标，经甲醇洗涤脱除后，固体小颗粒会在循环甲醇中不断沉降，累积到系统中，造成冲刷磨损。另外，因检修期间系统内进入空气，与系统形成的硫化亚铁发生氧化反应，让原先牢固的硫化亚铁变成松散的氧化铁膜，随着系统开车，变成固体小颗粒，也会造成冲刷磨损。

3.4热应力较大

在实际运行列管式换热器过程中，因为冷、热流体存在一定的温度差异，会导致壳体和管壁之间存有温度差，也正是因为此种差异会造成壳体与管子出现热膨胀现象。若是两者存在较大的温度差异，不仅可能会扭弯管子而且容易造成管子拉松，甚至会造成整个换热器受损。对此，应从结构视角分析对热膨胀造成的影响。如果在开启或是停止换热器的过程中，温升与温降率超过有关规定，则会导致高加管板与管子需承受较大的热应力，进而损坏二者相连的部位，使得端口发生泄漏情况。

4贫富甲醇换热器泄漏的应对措施

4.1设计环节的防泄漏建议

在设计换热器结构过程中，首先应科学选择生产所需材料，一方面应充分考虑其材料的实际使用要求，如果环境温差较大，需要选取膨胀系数相对较小的原材料，另一方面要是应用具有较强腐蚀性的环境中，还应对材料自身的耐腐蚀性加以充分考虑。要是在环境温差较大的情况下使用列管式换热器，最好不要使用固定管板式结构，应使用U型管式结构等。要是存在应力腐蚀，出于达到降低缝隙连接处受到腐蚀的影响程度，不应采取“胀焊”或是“胀接”的形式连接，而应采取焊接结构的方式降低结构件受到残余应力的影响。除此之外，如果因长时间应用列管式换热器而导致其进入“疲劳状态”，则需确保最好不出现结构开状异常变化，针对衔接位置的管端应采取相关方面，降低列管式换热器受局部应力的影响。而且在实际应用过程中，因为受限于流体实际横流流速，极易造成管件的严重振动，若想有效处理此问题，则在设计过程中将折流板间距缩短，基于满足换热器的实现需求，使用具有较大直径的换热管，可将双弓形折流板取代以往使用的单弓形，由此能够在一定程度减少管速振动。除此之外，在设计列管式换热器时，还应该依据行业与国家标准开展相应的设计与制造，详细且合理设定焊接形式、管束级别等方面要求。还应将不需要进行热处理的设备明确标注，从而确保设计可以满足正常使用需求，降低出现泄漏问题的概率。

4.2制造环节的防泄漏建议

在进行换热器生产制造之前，应对有关的生材料进行严格检验，尤其需要进行压力试漏检测。对于焊接过程而言，应依据设计技术指标去焊接，而且要确保工艺流程的科学性与材料使用制度的合理性，而且要在焊接过程中提高对焊接位置与焊条的重视程度，进而确保焊接没有缺陷。应针管子和管板的连接部位需采取液压胀接的方式，让管件能够均匀受力。在有关生产加工环节完成后，应对列管式换热器开展气密性和水压试验，由此在消除部分应力的同时，为产品提供一定的质量保障。

结语

换热器的长期稳定运行是安全生产的重要保障。通过对换热器列管泄露问题的一系列分析、检测及处理，能准确查找漏点并快速有效地检修，恢复生产。同时，要保证工艺运行及开停车过程中操作的稳定性，避免压力温度波动对设备造成的不良影响。还应加强现场巡检力度，密切关注设备本身及关联设备的运行参数，发现问题及时处理。

参考文献

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