变换系统气气换热器泄漏原因分析及防范

李 响

(晋煤天源化工有限公司山西高平048400)

变换系统气气换热器泄漏原因分析及防范

李 响

(晋煤天源化工有限公司山西高平048400)

晋煤天源化工有限公司于2005年建成投产的2套180 kt/a合成氨装置采用常压固定层造气工艺，经预脱硫、压缩进入变换系统。变换系统原先采用钴钼耐硫两段低温变换工艺，于2014年10月将原有的废热锅炉流程改造为喷水流程，并增加1台预变换炉。

1 变换工艺流程

压缩系统来的半水煤气[温度40 ℃、压力3.55 MPa(绝压)]，先进入油分离器、油吸附器净化除油，然后进入气气换热器(A和B，1开1备)与第2变换炉来的变换气换热至130 ℃，再进入主热交换器与中压废热锅炉出口变换气换热至200 ℃，添加蒸汽后进预变换炉进行变换反应。预变换炉出口变换气(温度约377 ℃、CO体积分数约15%)经增湿器喷水降温至200～210 ℃进第1变换炉继续进行变换反应。

第1变换炉出口变换气(温度约300 ℃、CO体积分数约5%)先进入中压废热锅炉换热副产蒸汽，再进主热交换器与煤气换热至190 ℃后进入第2变换炉。第2变换炉出口变换气(温度约218 ℃、CO体积分数约2%)分成2股，其中一股50%～60%进入气气换热器预热煤气，另一股约40%～50%进入锅炉水加热器将冷激水加热至约150 ℃；混合后的气体(130 ℃)先进入脱盐水加热器回收余热并降温至约70 ℃，最后进入终冷器降温至<40 ℃去下工段。

2 事故过程

B气气换热器从2016年1月4日开始投运至2016年3月初运行2个月左右，因其阻力增大需隔离清洗。2016年3月11日9：50，打开A气气换热器管程、壳程出口阀以及管程、壳程进口放空阀进行置换；10：00，中控显示系统出口工艺气中CO含量在线分析数据突然超过满量程3.6%(体积分数)，且后系统双甲工段甲烷化塔催化剂温度较快上升而超温，被迫降低系统负荷；初步判断是由于A气气换热器内漏，管程内进口气体直接窜入壳程的出口工艺气里，出口工艺气CO含量急剧增加而致使后系统双甲工段甲烷化塔催化剂温度超温。立即将A气气换热器管程、壳程出口阀及管程、壳程进口放空阀关闭并进行隔离，隔离后出口工艺气CO含量逐渐恢复正常，由此断定A气气换热器内漏。将A气气换热器与系统隔离拆下进行打压试漏，将水灌入A气气换热器壳程内，还未升压就发现水从管程内大量泄漏出来，观察发现A气气换热器泄漏很严重，管板与管束间已出现裂纹，无法继续使用。

3 原因分析

(1)改造前，变换系统A气气换热器(立式Φ900 mm×7 351 mm，212 m2)壳程进口为第1变换炉出口工艺气，壳程出口为第2变换炉进口工艺气，即使气气换热器部分泄漏，导致气气换热器出口工艺气中CO指标升高，但是第2变换炉还能起到把关作用，系统出口工艺气中CO指标会升高，但不会导致急剧升高，有调整的时间和手段。改造后，变换系统气气换热器壳程进口为第2变炉出口工艺气，壳程出口为变换系统出口工艺气，气气换热器一旦泄漏，系统进口工艺气就直接窜至系统出口工艺气中，直接导致变换系统出口工艺气中CO含量急剧升高，即没有调整的时间和手段。

(2)A气气换热器未投用期间，由于在冬季需要对其进行防冻保护，壳程进口阀需稍开一点，壳程出口导淋阀打开排液，可能是此气气换热器内漏的原因之一。半水煤气进入变换炉的温度应控制在露点温度20 ℃以上，可防止因工艺操作波动造成水析出。变换气在降温至露点温度操作区时，不断析出的酸性冷凝液会对管道造成腐蚀。变换炉出口气体管道在高温、临氢环境下操作，会产生氢侵蚀，同时变换气中含量较高的H2S在高温下会造成钢材表面的均匀腐蚀。由于气体中含有H2S，CO2和HCN等有害酸性气体，会对设备和管道造成腐蚀。

(3)A气气换热器为新更换管束和管板的尚未投用设备，将此换热器返厂进行修复和检测，经检测设备腐蚀为晶间腐蚀。这种腐蚀是在金属(合金)表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。许多金属(合金)都具有晶间腐蚀倾向，其中不锈钢、铝合金及含钼的镍基合金晶间腐蚀较为突出。如有应力存在，由晶间腐蚀转变为沿晶应力腐蚀破坏，因此，设备生产厂家的设备设计和制造存在缺陷是气气换热器内漏的主要原因。

4 防范措施

4.1 切换气气换热器

运行过程中，当气气换热器阻力达0.08 MPa或管层出口气体温度<170 ℃时，对气气换热器进行切换。

(1)先对备用换热器外部的法兰、封头进行查漏，将备用换热器壳层进口、管层进口和本体的导淋均打开排水。当换热器本体导淋没有水排出后在此取样，同时在第2变换炉出口取样，分析该两处变换气中CO含量并进行对比。如果换热器本体导淋处变换气中CO含量高于第2变换炉出口气中CO含量，说明此气气换热器存在内漏现象，应及时隔离换热器并进行处理内漏；如两处变换气中CO含量相差不大，说明此换热器不存在内漏，可以继续投用。

(2)换热器壳层、管层进口导淋排尽水后，先开壳层进口充压阀进行暖管，待温度升高后壳层进口大阀稍开到一定程度即加快速度暖管，换热器本体导淋保持一定开度排水，壳层进口大阀开时只能小幅调整，防止造成气气换热器进、出口温度大幅波动，及时与中控操作人员联系，保证投用的换热器管层出口气体温度降低幅度≤10 ℃，第2变换炉进口气体温度降低幅度≤5 ℃。当换热器本体导淋没有水排出时，稍开管层进口阀开度，本体导淋继续排水，暖管时间应≥1 h；暖管期间，首先要确认管层、壳层出口管道有升温迹象，确保管道、阀门畅通，中控操作人员可采用调整蒸汽用量、中压废热锅炉热副线、提温副线阀门开度等手段，控制第1变换炉进口、第2变换炉进口及各床层气体温度在工艺指标范围内。

(3)当中控系统显示换热器管层、壳层出口温度均缓慢上升时，说明换热器已暖管完毕，可以切换。要组织好现场操作人员，一边缓慢开启投用换热器管层、壳层进口阀门；另一边缓慢关闭被隔离的换热器管层、壳层进口阀门，应先关死管层进口阀，随后关死壳层进口阀。当投用换热器已投运时，中控操作人员要注意并联的2套变换系统气量变化幅度并及时调整在允许范围内；当投用的换热器温度都正常后，通知检修人员热紧。

4.2 检修隔离换热器

当需要投用的换热器投运后要对其再进行一次查漏，确认无漏点，运行正常，对隔离换热器进行隔离检修。

(1)关闭隔离换热器管层、壳层出口阀，关死后对其再开启、关闭数次，然后对管层、壳层进口阀也开启、关闭数次，确保其完全隔离。

(2)开启管层进口和壳层出口阀门进行放空、卸压，卸压时需要联系消防车监护，放空、卸压要同时进行，卸压速度≤0.2 MPa/min。

(3)当卸压完成后，在专人和消防车监护下，检修人员将管层进口盲板、壳层出口盲板倒至盲位(倒盲板之前，不能同时开启管层进口、壳层出口阀门进行放空)，然后关闭管层进口和壳层出口的放空阀(防止倒盲板时阀门关不严)。

(4)检修人员拆开管层进口下法兰盖，对换热器进行清洗，清洗合格后，上封头和下法兰盖均复位后；开启管层进口阀进行放空、卸压，管层进口盲板倒至通位，设备检修完毕备用。

5 结语

针对变换系统中许多设备和管道存在的高温氢侵蚀、高温硫化物腐蚀、湿硫化氢腐蚀、应力腐蚀等现象，变换系统的设备和管道设计应与运行工艺情况相结合， 适应工艺运行要求。 变换系统工艺管理人员和操作人员要深入研究和掌握其工艺原理及特点，精细操作，避免因不当操作造成设备和管道的腐蚀而发生系统的波动及事故。

2017- 01- 05)