溶剂再生塔内再沸器的失效分析及改进措施

朱永峰 *

（中海油石化工程有限公司）

0 引言

插入式再沸器是芳烃抽提装置中的重要传热设备，设备运行一段时间后，换热管频繁发生泄漏直至最终失效。设备因检修、更换而造成停产，严重影响了企业的经济效益。

1 设备概况

溶剂再生塔是减压蒸发设备，在插入式再沸器内通入2.3 MPa 饱和蒸汽，对塔底介质进行热量传递，通过富溶剂中芳烃与非芳烃沸点不同来分离非芳烃部分，达到提纯芳烃的目的。

1.1 设备结构

塔内再沸器以溶剂再生塔体（C-404）为壳程，采用U 形管结构，通过滑道将管束插入塔内，再沸器的具体工艺设计参数可见表1。

表1 再沸器工艺设计参数

由于塔底介质的温度过高或过低都会对蒸馏效果产生较大影响。故在塔底再沸器下端插入蒸汽分布管，与再沸器呈180°布置，通过控制蒸汽流量来达到塔底溶剂所需压力，最终实现控制介质温度的目的。同时通入蒸汽还可以促进再沸器的热量交换，避免溶剂热分解。

1.2 设备运行状况

该芳烃抽提装置于2016 年投产，据现场工作人员反映，溶剂再生塔（C-404)）与下端提供蒸汽的管系发生明显振动，塔内伴有类似“石头撞击”的声音。装置运行几个月后，溶剂再生塔内再沸器换热管陆续发生泄漏，不断需要对换热管进行修补，迫使装置无法连续生产。装置运行一年后，固定螺栓断裂，导致再沸器支撑梁脱落，且换热管泄漏根数较多（8根）且无法再进行修补，设备因无法满足工艺要求而失效。

2 设备失效原因分析

2.1 振动原因分析

换热器运行过程中，振动不可避免。管程和壳程介质流动，介质急剧汽化而使流速产生波动，与设备连接管系发生振动都可能引起设备振动。对以上运行状况进行分析后可知，溶剂再生塔的振动主要是由塔内再沸器与支撑梁发生连续撞击引起的。

该芳烃抽提装置另有3 台塔内的再沸器均运行良好，且无明显振动。其中，C-202 及C-403 的结构与C-404 再沸器相同，但塔内再沸器尺寸较大（公称直径≥1 000 mm）；C-203 塔内再沸器（公称直径为500 mm）与C-404 再沸器尺寸相同，但再沸器下端蒸汽分布管结构不同，采用Y 型结构，三段分布管均匀开孔。

通过以上对比分析可以看出：蒸汽分布管内通入的蒸汽不会对再沸器管束产生直冲；或再沸器质量较大，即使蒸汽分布管中通入的蒸汽气化后形成气泡与金属碰撞发生破裂，均不会对再沸器产生较大影响，设备也不会发生明显振动。溶剂再生塔由于再沸器质量较小，下端蒸汽分布管开孔较大且正对再沸器管束，会受到气泡破裂影响，造成再沸器与支撑梁发生撞击，使设备及提供蒸汽的管系均产生明显振动，紧固件在连续的冲击下发生断裂。

2.2 振动破坏

由于再沸器管束与支撑梁频繁撞击，换热管的连接及支撑部位在周期性弯曲应力作用下，表面不断发生变形并产生磨损减薄。

同时为了满足管束装配需要，换热管与支持板之间采用间隙配合。支持板孔会对接触的换热管上下部位产生反复撞击，并产生较高的剪切应力，在的剪切应力的长期作用下，换热管磨损逐渐加剧[1]。

2.3 腐蚀破坏

环丁砜在低于180 ℃的工况下分解甚微，当温度达到180 ℃后，则会加速分解成酸性物质[2-3]，对设备产生酸性腐蚀。

由于插入式再沸器结构的特殊性，塔器与再沸器管束连接的过渡部分靠近管程，此段传热面积大，空间狭小且介质不易流通，在饱和蒸汽发生相变产生大量热量的情况下，该部分介质温度会急速升高至180℃以上。同时，随着装置的运行，氯离子逐渐积累生成酸性氯化物，且氧含量逐渐增加，导致环丁砜加速分解成醛类、SO2及酸性聚合物。常温下，环丁砜还会水解成磺酸等腐蚀性物质，这些杂质都会加速设备腐蚀。

笔者认为换热管泄漏是腐蚀与振动共同破坏的结果。再沸器管束与支撑梁不断撞击使换热管不断受到磨损，同时，环丁砜逐渐生成酸性杂质，腐蚀设备，加速了对2 mm 碳钢换热管的破坏[4]。

3 改进措施

3.1 材料改进

将再沸器换热管及管板材料改为S22053 双相钢，不仅可以大大提高再沸器管束的耐酸性腐蚀能力，同时对不断积累的氯离子也有良好的抗腐蚀性。

3.2 结构改进

采用不锈钢扁钢对再沸器管束尾部进行约束（扁钢下端与支撑梁边侧焊接，上端用螺栓拧紧），限制再沸器上下摆动，减小因撞击而对换热管表面造成弯曲磨损。

为了确保蒸汽分布管开孔面积不变，将8 个大长圆孔改成了96 个小圆孔，使蒸汽平缓均匀的通入塔内。若操作条件允许，还可将蒸汽分布管与再沸器形成一定角度布置（该装置一期的布置），可避免过大的气泡与金属撞击后破裂产生振动。

提高支持板的安装精度，在满足安装要求的情况下尽可能减小支持板与换热管之间的间隙，减小支持板孔边缘对换热管的剪切磨损。

同时设备需定期进行吹扫清洗，减少氯离子与酸性杂质的聚集程度。

4 结论

对再沸器结构进行改进，通过管束末端增加约束、改变分布管开孔及提高安装精度等措施来控制管束与支撑梁的撞击，从而防止换热管被振动破坏。将管束材料改为S22053 双相钢材质来提高管束的耐腐蚀能力，延长管束的设计寿命与检修周期。

设备改进后未产生明显振动，再沸器换热管也未发生泄漏，至今运行良好。