合成车间净化岗位设备失效的原因及处理方法

张灏 梁思鹏

摘 要：针对合成车间净化岗位设备的失效情况，基于腐蚀理论和力学理论，结合生产中出现的实际现象以及实验考察，分析原因，并借鉴成熟资料提几点处理方法。阐述了这些方法用于处理在线腐蚀设备的优点，对生产中设备的检修与维护有一定的意义。

关键词：设备腐蚀；换热器；再沸器；余热回收器

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

神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司烯烃分公司合成车间净化岗位分低温甲醇洗，和硫回收装置。低温甲醇洗设备，现有塔8个、罐8个、换热器40个、泵25台、压缩机2台。硫回收设备，现有塔4个、罐21个、换热器15个、反应器3个、泵31台、空冷器2台、风机6台、过滤器2个、烟囱1个。在生产中已经出现腐蚀并能对生产产生直接影响的设备有：低温甲醇洗的酸性气冷却器E-40014，热再生塔再沸器E-40021；硫回收的尾气焚烧炉余热回收器E-45010。因此，本文对上述3个设备进行介绍，并分析其失效原因，便于更好的维护和使用。

1 设备生产的基本情况

酸性气冷却器E-40014，该换热器，管程介质为循环水，壳程为来自热再生塔塔顶闪蒸的酸性气，主要成分为H2S，少量的CO2、CH4、H2O、NH3。该换热器的作用：冷却热再生塔塔顶闪蒸的酸性气，气相送至酸性气冷凝器E-40015，液相送至解析塔T-40004底部。

热再生塔再沸器E-40021，该换热器，管程介质为，0.55Map的低低压蒸汽，壳程介质为来自热再生塔T-40005塔底的富硫甲醇。该换热器的作用：加热富硫甲醇，配合来自甲醇水塔的甲醇蒸汽，使富硫甲醇得到彻底的再生，是整个低温甲醇洗的心脏。

尾气焚烧炉余热回收器E-45010，该换热器，管程介质为来自尾气焚烧炉焚烧的尾气，温度在800℃左右，中间有根没有和壳程介质接触的中心管，壳程介质中压锅炉给水，造作压力为3.25Map。该换热器的作用：回收尾气焚烧炉的产生的热量，冷却排放大气的尾气。

2 设备在实际生产中失效的基本情况

酸性气冷却器E-40014，经检修拆开发现，腐蚀主要集中在壳程顶部气相入口管线附近的列管处。

热再生塔再沸器E-40021，经检修拆开发现，腐蚀在管程，零散分部。

尾气焚烧炉余热回收器E-45010，经检修拆开发现，腐蚀主要集中在底部换热列管下五排处。

3 设备失效对整个生产的影响以及现场的实际现象

酸性气冷却器E-40014，该设备在解析框架5层，离地面大概20米左右，0.45Map的循环水在此处压力应低于0.45Map，单肯定大于0.17Map，列管腐蚀导致循环水进入0.17Map的换热器壳程，最终进入系统，增加系统水含量。更为严重的是，壳程介质主要组分为H2S， H2S易溶于水，大量的H2S进入循环水系统，导致循环水系统硫含量严重超标。最直观的表现为，循环水中污浊粘稠的白沫，在循环水喷淋的硫磺造粒机处尤为明显。能证明循环水中污浊的白沫来自酸性气冷却器E-40014的有利证据为，在2014年5月大检修前E-40014内漏，造粒机喷淋冷却水处污浊的沫子大量堆积在造粒机水槽处，而检修后污浊的白沫消失，如果这只是一个巧合，那最近一次切换E-40014就能更直接的说明问题，在切换E-40014前，造粒机喷淋冷却水处出现这种白沫，中化取样发现E-40014内漏，而在将E-40014切换到新曾换热器后，白沫消失。如果长期使用这种被污染的循环水，对整个使用循环水系统的设备来说是致命的。

热再生塔再沸器E-40021，该设备列管腐蚀失效，最直接的表现为中控操作画面，热再生塔T-40005塔底温度远传温度显示400TI0560温度超过105℃。E-40021产生的影响可以从以下情况来看。E-40021凝液管线上有4寸的现场导淋，通过该导淋可以直接控制E-40021管程压力，所以，E-40021产生的影响一是：管程压力大于壳程压力，致使蒸汽凝液进入甲醇系统，是塔底温度超标，影响系统再生。二是：现场导淋开度过大，使管程压力小于壳程压力，致使塔底甲醇进入凝液，排到现场，进入污染雨水池，使外送的污水COD超标。导致的后果就是，系统补甲醇的的频次明显增加，造成甲醇的严重浪费。

尾气焚烧炉余热回收器E-45010，该设备失效的表现为，壳程的中压锅炉给水进入管程，侵泡铺在焚烧炉底部的耐火砖，使耐火砖失效。该设备在2013年底的检修拆开时发现更为严重的情况，一是，中心管尾部炸裂，导致锅炉水进入中心管，在烟囱形成液击对后工段管道和烟囱造成严重的冲击；二是，锅炉水与尾气中的SO2在高温下反应生成H2SO3，H2SO3与设备中的Fe反应生产H2 ，这并不仅仅是理论的推测，在生产中的現象足以说明在E-45010确实发生过这样的化学反应。当时E-45010内漏严重，通过E-45010壳程的导淋接消防水带排向污染雨水池，在污染雨水泵外送时发现，雨水泵管线泄漏严重，在更换过管线后，很短的几天内管线大面积泄漏，一般的腐蚀很难有这么快的速度，这就说明管子内的介质很有可能是亚硫酸。下面的推测就足以说明，介质就是亚硫酸。先做一个假设，假设确实有亚硫酸生成，在亚硫酸的化学腐蚀下，E-45010壳程尾部壁厚56mm的低碳合金钢材（16MnR），在很短的时间内产生了大大小小的腐蚀孔，并开始在现场泄漏，在在线堵漏过程中，监护人员发现在焊接时从腐蚀孔处喷出蓝色火焰，可燃物有两种可能，一是：燃料气和需要焚烧的可燃尾气；二是：亚硫酸与铁反应生成的氢气。硫回收单元设计负荷7700Nm3/h，而在当时生产实际负荷最多只有3800 Nm3/h，这说明焚烧炉膛内的燃料气和需要焚烧的可燃尾气不可能出现在余热回收器尾部，充分说明当时喷出的淡蓝色火焰是氢气，这间接证明E-45011内生成了亚硫酸。这产生的后果便是硫回收单元停车，甚至更严重的后果。

4 设备失效的原因分析

酸性气冷却器E-40014，经检修拆开发现，腐蚀主要集中在壳程顶部气相入口管线附近的列管处。

E-40014换热管是10钢，从换热管失效的分部情况来看，设计腐蚀余量不存在不足。热再生塔T-40005顶部闪蒸出的酸性气对每根换热管的腐蚀反应应该是一样的，唯一不一样的地方在于，顶部接近气相管线入口的换热管被酸性气冲击的更为猛烈，而在下面的换热管由于具有一定流速的酸性气被冷却，以及被上面换热管缓冲，在与下面换热管接触时酸性气已经相对缓和。因此判断，E-40014换热管失效是由湍流腐蚀引起的。

热再生塔再沸器E-40021，经检修拆开发现，腐蚀在管程，零散分部。

E-40021换热管是10号钢。E-40021是整个低温甲醇洗装置的心脏，整个装置投入精力最多，操作最为频繁的地方也正在此处，随气量的多少，E-40021所承受的蒸汽流量低至10t/h，高至30t/h，蒸汽负荷频繁的波动，是导致换热管失效的最主要原因。从腐蚀情况来看，属于腐蚀疲劳。

尾气焚烧炉余热回收器E-45010，经检修拆开发现，腐蚀主要集中在底部换热列管下五排处。

E-45010换热管是20号钢。导致底部五排换热管漏，可能的原因一是：耐火砖在高温下会产生粉尘，粉尘在重力作用下沉积在焚烧炉底部，在工艺气流带动下，进入管程，与换热管摩擦，导致换热管内漏。在检修时拆开E-45010封头发现并没有大量的耐火砖粉尘，所以排除此原因。二是：现场所有锅炉排污管线都集中在锅炉排污冷却器入口管线，在入口管线处有一个起跳压力为1.0Map的安全阀，E-45010壳程压力在3.25Map左右，现场对E-45010进行锅炉排污操作时，稍微多开一点E-45010锅炉排污阀，锅炉排污冷却器入口安全阀会起跳，导致现场排放，而这时操作人员一般会选择直接关闭锅炉排污阀，停止锅炉排污，导致中压锅炉给水中的MgSO4、CaSO4等杂物沉积在E-45010壳程底部，最终这些杂志附着在换热管壁上，使管壁传熱效果减少，导致换热管壁温度增加导致换热管爆裂。而来自高压除氧器的中压锅炉给水，氧含量应该符合要求，壳程中压锅炉给水液位基本维持在50%，浸泡换热管一半，而E-45010只有底部五排换热管发生泄漏，也说明最主要的原因不是水质引起的。

5 措施

基于前面分析E-40014是由磨损腐蚀引起的，防止磨损腐蚀的措施：

（1）改善结构设计。增加管径，减少流速，以获得层流；避免容易造成湍流的截面变化的设计，可以减少湍流腐蚀，弯管的设计可视材料不同，使弯曲半径为管径的3～5倍，可防止冲蚀。

（2）正确选材。对湍流腐蚀要综合考虑材料的耐蚀性和耐磨性；对冲蚀、气蚀要考虑材料的硬度和韧性。

（3）表面处理。在金属部件上衬以橡胶、塑料等弹性材料、可以减轻磨蚀的危害；耐蚀性良好的涂层，镀层对防止湍流腐蚀等也是有益的。

（4）控制环境。控制环境的温度、pH值、氧含量、添加缓蚀剂、去除流体中的固体物质，对减轻湍流腐蚀、冲蚀是有效的。

综上所述：更换新的E-40014，在采购设计时考虑磨损腐蚀的防范，注意结构及其材料的正确选择。

E-40021是因为负荷频繁波动导致腐蚀疲劳引起的。腐蚀疲劳的防护与控制措施：

（1）合理选材。这里要指出，为了提高抗疲劳断裂，一般选用强度较高的材料；而对于腐蚀疲劳，强度越高的钢种，其腐蚀疲劳门坎值反而越低，因此，选择强度低的材料更为安全。

（2）降低应力。可以从以下四方面考虑：1）改进设计，减少应力；2）避免尖锐缺口；3）采用消除残余应力的热处理；4）采用喷丸等表面处理，使表面层有残余压应力。

减少负荷大幅度波动，保持工况平稳，才是保证装置安稳长满优的根本。操作加减蒸汽时应以少量多次为根本原则。

（3）减少腐蚀。常用措施有涂层、缓蚀剂和电化学保护。

E-45010在检修时将失效的换热管用堵头堵死。在日常生产中应做好定期锅炉排污工作，为E-45010锅炉排污管线配置专门的排污副线。

参考文献：

[1]马培根.“气煤混烧”技术在工业锅炉上的应用[J].区域供热，2010（04）：9.

[2]刘小辉.设备腐蚀与防护技术问答[J].2014，7（01）.

作者简介：张灏（1989-），男，山东菏泽人，本科，研究方向：煤化工技术。