三流体换热器腐蚀原因分析及改造措施

姚鹏飞

(山西晋丰煤化工有限责任公司　山西高平048400)



三流体换热器腐蚀原因分析及改造措施

姚鹏飞

(山西晋丰煤化工有限责任公司山西高平048400)

山西晋丰煤化工有限责任公司(以下简称晋丰公司)有2套“18·30”尿素生产装置，其中脱碳工段均采用NHD物理吸收法脱碳。第2套尿素装置的脱碳工段因干脱后水冷器泄漏，造成进三流体换热器的变换气温度升高、三流体换热器内部的冷凝水量增多。由于三流体换热器底部无排凝口，不能及时排出内部的冷凝水，气液冲刷造成换热管管口焊缝泄漏，变换气窜至低闪气中，导致低闪气CO2纯度过低，被迫紧急停车进行检修。检修时发现三流体换热器底部封头及筒体出现多处裂纹，分析原因后对其进行了改造。

1　工艺流程

1.1气体流程

来自变换气脱硫工段的气体经干法脱硫槽脱硫后进入干脱后水冷器降温，然后经进塔气分离器I分离水分后进入三流体换热器底部，与低闪气CO2、净化气换热，降温后的气体经进塔气分离器II分离水分后进入脱碳塔底部，气体自下而上与从上而下的NHD贫液逆流接触，进行CO2的脱除；脱碳塔顶部出来的气体经净化气分离器分离夹带的NHD雾沫后进入三流体换热器上部回收冷量，最终去精脱硫工段。

1.2液体流程

来自汽提塔塔底的NHD贫液经脱碳泵加压后送至溶液氨冷器降温，然后进入脱碳塔顶部。吸收了CO2的NHD富液经涡轮泵回收能量后进入高压闪蒸槽，初步闪蒸出CO2，H2和N2的NHD溶液进入低压闪蒸槽，在此闪蒸出CO2气体，再经低闪气分离器分离NHD雾沫后进入三流体换热器下部，回收冷量后再去尿素工段。低压闪蒸槽内的NHD溶液经U形管进入汽提塔顶部，用空气汽提出NHD溶液中残存的CO2气体，汽提塔底部的NHD贫液经脱碳泵加压后进行下一个循环。

1.3汽提空气流程

汽提空气由罗茨鼓风机抽引，经空气过滤器进入空气换热器与汽提气换热，温度降低后进入空气分离器分离水分，再经п形管道进入汽提塔底部，自下而上对汽提塔顶来的NHD溶液进行汽提解吸，汽提塔顶部出来的汽提气经解吸气分离器分离夹带的NHD液滴后再进入空气换热器回收冷量，最终在罗茨鼓风机出口放空。

2　主要设备

NHD脱碳工段主要设备参数见表1。

表1　NHD脱碳工段主要设备参数

3　存在的问题

正常运行中，进干法脱硫槽的气体温度约为40.0 ℃，经干脱后水冷器降温后的气体温度约为28.7 ℃，经三流体换热器降温后的气体温度约为12.5 ℃。因干脱后水冷器泄漏，造成进三流体换热器的气体温度上升至约36 ℃，为了维持生产，将干脱后水冷器水侧的排气阀常开排气，三流体换热器出口气体温度约20 ℃，维持运行了1个多月。后因低闪气中φ(CO2)由原来的98.5%降至85.0%，被迫紧急停车进行检修。打开三流体换热器人孔，发现其锅底封头、筒体、中段管板间筒体出现多处裂纹，而干脱后水冷器封头及筒体并未出现类似裂纹。

4　原因分析

(1)三流体换热器变换气进口管是从底部封头中间直接进入，且底部无排凝口，造成冷凝水无法排放。因干脱后水冷器泄漏，造成进三流体换热器的气体温度升高，大量水在三流体换热器下部冷凝，气液冲刷造成换热管管口焊缝腐蚀、泄漏。

(2)因干法脱硫槽内的活性炭脱硫剂更换不及时，造成干脱后H2S含量长期超标(H2S质量浓度为8.5～10.2 mg/m3)，在三流体换热器内H2S- CO2- H2O共存的条件下，再加上气体流速较快，造成H2S腐蚀和氢脆。在H2S的水溶液中，分子态的H2S引起了钢的脆化，这一过程是按以下顺序进行的。

H2S(吸附)+e→H2S-(吸附)

H2S-(吸附)→HS-+H(吸附)

HS-+H+→H2S

这样反复的作用，生成大量的氢原子吸附在钢的表面上，为钢的渗氢脆化提供了必要条件。H2S在钢腐蚀的氢电极反应中起了催化作用和主导作用，水是引起腐蚀的必要条件，CO2的存在会促进腐蚀。

(3)干脱后水冷器封头及筒体材质均为0Cr18Ni9，而三流体换热器封头、筒体材质均为16MnR，在三流体换热器内部H2S- CO2- H2O共存的条件下，造成三流体换热器封头及筒体形成硫化物腐蚀，进而产生裂纹。

5　改造措施

通过分析三流体换热器内部裂纹出现的原因，检修过程中更换了干法脱硫槽内的活性炭脱硫剂，同时在干脱后水冷器、三流体换热器消漏后，对三流体换热器内部进行了改造：①将三流体换热器底部变换气进口管向上延伸500 mm，管口割成锯齿状并在其上部安装升气帽，升气帽通过不锈钢管焊接固定在进气管上(图1)；②对三流体换热器底部封头及筒体的裂纹先用角磨机修复，然后用J507焊条补焊，最后在底部封头及筒体处用厚 3 mm的不锈钢板(材质为0Cr18Ni9)作内衬，全部满焊；③在变换气进气管口处用Φ57 mm不锈钢管制作一倒U形弯排凝口，内部靠近变换气进气管壁且焊接固定在进气管外壁上，穿过进气管外部固定在检查孔上(如图1虚线部分所示)。

图1改造前、后三流体换热器示意

6　改造效果

改造后，因三流体换热器底部增加了锅底导淋，稍开导淋可连续排水，减少了三流体换热器内的冷凝水流量，气液冲刷现象得到改善，三流体换热器出口的变换气温度较改造前也有所降低，由12.5 ℃降至11.5 ℃ 。通过在三流体换热器内部增加不锈钢内衬，缓解了H2S- CO2- H2O共存条件下造成的硫化物腐蚀，每次遇系统小修时，打开三流体换热器人孔检查，底部封头及筒体内衬处均未出现裂纹。

2015- 05- 10)