2003年第3卷第4期 气体净化 ·117· 中压变换热交换器堵塞、泄漏原因及技改方法 温... -中变炉.-电加热器一热交换器(管内)一混合嚣但热交换器的堵塞问题、使用寿命问题一...
维普资讯 http:// １ ０ 小氮肥 ２ ０ ０ ４年 第 ｌ ２期 中压 变 换 热 交换 器 的 问题 探 讨 温福亚 王 国栋 张考全 （ 山东省济 宁市恒 立化工有 限公 司 ２ ７ ２ １ ６ ７ ） ０ 前 言 成为影晌生产的一大障碍 ， 给公 司造成 了很大的 经 济损 失 。ｌ 中压变换系统的基本情 况 １ ． １ 系统工艺 流程简述 （ １ ） 气 体流程见图 ｌ 。气相有 ２ 条 副线 ：
１ 副 济 宁市恒 立化工 有 限公 司 １ ９ ９ ６年 投产 的 中 压 变换 系统 因为热交的堵塞 、 泄漏 ， 曾一度成为生 产中“ 瓶颈 ” 工序 。由于热交经 常发生堵 管 ， 系统 阻力大 ， 热 交 自身 压 差最 大 时 达到 ０ ． ２ ５ Ｍ Ｐ ａ以 上， 无 法维 持系统 的安全稳 定 生产 ， 须 停车处 理 。
自１ ９ ９ ８年 以来每年 因热交停 车皆在 ４次 以上 ， 而 且 由于多次加水 冲洗热 交 ， 造成 热 交列管 受力 温 差大 ， 加之气体 中夹带粉尘杂质 冲刷列管 ， 致使热 交 内漏多次 ， 蒸 汽消耗 量 大幅度 上升 。热 交问题 ２ ２ Ⅲ塞压鳙机三段来的半水煤气一 半水煤气分膏■——一 线 是从混合器来 的半煤气 ， 不经热 交换器 直接 经 电炉进入 中变炉 ， 调节进 中变炉 的气体 温度 ； ２ 副 线是从热交换器 出来 的变换气 ， 不 经调温 水加 热 器直接进低变炉 ， 调节进低变炉 的气体温度 。
广 ＿一 过热蒸汽 饱和塔 ——＿ Ｊ 汜含量 一 热 交换曩 （ ｆ 内卜—一 电加热量 ． １ ［ ２ 、 图３ 。
：
＝ ￡ ：
二 ■敝 辐 一 中 辨 一 （ ２ ）一热 网络 、 二 热 网络热水 流程 分别见 图 其规格 为 Ｏ ｌ ４ ６ ０× ３ ０ 。它分两部 分 ， 上 部列 管材 质为不 锈 钢 ， ０ ２ ５× ２ ． ５的列管 ｌ ５ ５ ０根 ， 换 热 面 热水塔的水 （ 包括 一热 网络的中压脱盐水补水 ） 一 热水泵—— — — 积２ ４ ０ ｍ ；下部 列管 材质 为 ２ ０碳 钢 ， ０ ２ ５× ２ ． ５ 的列管 ｌ ５ ５ ０根 ， 换 热面积 ７ ３ ０ ｍ ； 管间变换气有 ｌ ６根 ０ １ ０ ８ × ４ ． ５的联通管道连接 ， 其整体 受压元 件材质 为 １ ６ Ｍ ｎ Ｒ 。
２ 热交堵塞、 泄漏的原 因 Ｌ 水封ｆ 一 饱和塔 一 调沮水加热量 （ ｆ 内） 一 水加热曩 （ ｆ 内） 图 ２ 一热 网络热 水 流程 再烁再生加热量的回水一 热水曩冲槽 一 二热水泵— ｌ Ｌ — — — — — — — 一 脱 盐 水 加 热 曩 ｆ 问 ） ＿ － ｊ 图 ３ 二热 网络 热水 流 程 变换系统 １ ９ ９ ５年底开 车 ， １ ９ ９ ７年 生产稳 定 ， 系统达到 设计 能力 。１ ９ ９ ８年 以来进 一 步挖 潜增 １ ． ２ 主要 设备 主要设备 一览表见表 ｌ 。
（ １ ）饱 和热水 塔 。饱 和热水 塔 为填料 塔 ， 其 规格为 Ｏ ｌ ８ ４ ４× ２ ２ ， 内装 ２ ５ ０ Ｙ不锈 钢 规整填 料 产， 合成氨 产量达到 １ ０ ０ ｋ ｔ ／ ａ ， 进变换 系统煤气 量 达到 ４ ７ ３ ４ ０ ｍ ／ ｈ （ 标态 ） ， 变 换 系统 已处 于超 负 荷状态 ， 特别是饱 和塔在正 常生 产状态 下 明显 出 现带水现象 ， 混合器的排污是常开常流水 ， 热交换 器时常 发生堵 塞 ， 致使热交换器阻力大而泄漏 ， 变 换 系统超压 ， 蒸 汽消耗 高 ， 压 缩机 电耗 高 ， 变换 系 统成 为生产中“ 瓶颈 ” 的工序 。
２ ． １ 热交堵塞 的原 因 热交的堵塞均在 上管 板 的中心处 ， 堵 塞物 成 ８ ０ ｍ ， 饱和塔和 热水塔 的填 料均 分 ２层 ， 进水 管 口有液体分布器 ， 填料之间有液体再 分布器 ， 饱和 塔填料每层高 为 ５ ７ ０ ０ ｍ ｍ， 热水塔填料每 层高为 ３ ７ ０ ０ ｍ ｍ， ２ 塔 内部结构 相同。
（ ２ ）热 交换器 。热 交换 器 为列管式换 热 器 ， 维普资讯 http:// ， Ｊ 、 氮月 巴 ２ ０ ０ ４ 年 第ｌ ２ 期 堆成堆地积在列管上 ， 有 的列管被堵死 ， 这些堵塞 物呈土黄 色粉末状 固体 ， 其 中夹杂着黑 色的杂质 ， 多次取样分析 这些 固体物 质 的成分 ， 分 析结果 见 表２ 。
表 １ 主 要设备 一览 表 设备 名称 中变 炉 低变 炉 饱和 热水塔 形成 的腐蚀产物 随煤气 中所 夹带的水沫或水雾进 入热交 ， 但变换的主要设备和管道都是不锈钢 的 ， 即使有腐蚀但也不会 如此严 重。
（ ３ ）进变换 系统 的煤 气带人 。我们认 为这是 造成热 交经常堵 塞的主要原 因。公 司半水 煤气的 备注 设备规 格 、 型号 ０ ３ ２ ８ ０× ４ ０ Ｈ ＝ｌ ８ ６ ４ ２ ｍｍ ０３ Ｏ ５ ６ ×２ ８ Ｈ＝１ ４ Ｏ ｏ ０ ｍｍ 净化不 太理想 ， 进 变换 系统 的是压缩 机 三段 出 口 的ｌ ３ ０℃左右 的热煤 气 ， 煤气 中夹带 的煤焦油 、 煤 末、 硫泡沫 、 油水及其 它固体 杂质直接进入变换系 统， 致使一热系统 循环水 中的总 固形物 含量一 度 装Ｂ ｌ ｌ ７型催 化剂 ６ ０ｔ ， 分 ３层 装Ｂ ３ ０ ２型催 化 剂３ ０ ｍ ， 分 ２层 Ｏ ｌ ８ ４ ４ ｘ ２ ２ 萋 咖 高达 ２ ０ ０ ０ Ｘ １ ０ 以 上 。为 解 决 这 个 问 题 ， 于 ２ ０ ０ ０年在变换进 口增加 了 ｌ台水 冷器 ， 将人 变换 ２ 热交 换器 ｌ４ ６０ ｘ ３ ０ Ｈ Ｏ ： 换热 面 积 ９７ ０ｍ 系统 的煤气冷却 到 ３ ５℃ 以下 并分 离油水 后再 进 变换 系统 ， 但水冷器运行后 ， 尽管堵管间隔时间长 ｌ ｌｌ ｌ Ｏ ｍ ｍ 落 Ｏ ｌ ２ ３ ２ ｘ １ ６ 璧 兰 … 加 热器 Ｈ＝ ４ ｏ ０ ｍ ｍ １ ４ ㈦ Ｏ ｌ ２ ２ ８ ｘ ｉ 。
Ｊ ｌ １ ｔ 管 ｖ ｏ ｏ Ｊ ［ ＇ ｌ ￣ 面积 ２ ９ ５ ’ ’ 了一些 ， 但没能彻底解决热交堵塞 的问题 。
２ ． ２ 热交泄漏原因 Ｏ ｌ ? 从公 司多次检修 、 折检热交 的情况来 看 ， 热交 的泄漏大多是 在上 管板 处 的列 管 口处 ， 正对气 体 进 口管 中心部分 的列 管 口被 冲刷 腐 蚀得 薄 如纸 片， 管壁厚度不 足 ０ ． ４ ｍ ｍ， 列 管壁上 多处有穿孔 ， … 半 水煤气 （ 变换气 ） 气 水分 离器 一 Ｏ ｌ ６ ３ ６×１ ８ Ｈ＝ ６ ２ ４ ９ ｍ ｍ （ Ｈ＝ ５ ２ ５ ８ ｍ ｍ） ２ ０ ０ Ｒ Ｈ Ｘ一 ７ ２ Ⅲ 内件 为 ２ 层 的旋 流板式 分 离结构 流量 ２ ８ ０ ｍ ／ ｈ ， 扬程７ ２ ｍ 管板与列管 之 间 的焊 缝 凭 肉眼 可见 气 孔 和 裂纹 （ 裂纹均 为不 规 则 的纵横 交 错 的龟 纹 ） 。对 于热 热泵 交 的泄漏 ， 经 分析认 为主要 有 以下三个 方 面的原 因。
表 ２ 热 交堵塞 物 中总硫 （ 硫 化物 ） 含量 （ １ ）电化 学腐蚀 。从流程 可看 出， 变换 系统 补加 的是过热蒸 汽 ， 其过 热蒸汽 补到 混合 器 的进 口， 在混合器 内与煤气充分混合后 ， 从上部进 入热 交换 器 管 内。但 由于 饱 和 塔 带 水 ， 加入 的 ２ ． ５ Ｍ Ｐ ａ 、 ４ ２ ０ ｏ Ｃ的过 热蒸 汽 要 先将 一 部分 的水 加热 汽化 ， 使过热蒸汽 的热量损耗很大 ， 而热 交进 口的 煤 气和蒸汽的混合温 度就 接近露 点温 度 ， 加上 没 经综合分析 ， 这 些 固体物质 的 主要来 源有 以 下三个方面 ：
汽化的一部分水雾 ， 在热交 的上管板列管部位 ， 煤 气 中的 ０ ：
、 Ｃ Ｏ ：
、 Ｈ ：
Ｓ 、 Ｃ １ 一 在水 相 中 反 应 生 成 碳 酸、 氢硫酸 、 硫酸 等较强 的酸性腐蚀 介 质 ， 这 就为 电化学腐蚀和露点腐蚀提供 了环境 。
（ ２ ）冲刷腐 蚀 。由于半水 煤气 中带 出物 多 ， 净化 度不好 ， 造成 煤气 中粉尘 多 ， 虽 经过洗 涤塔 、 （ １ ）补水带 人。相 当多的小化 肥厂的热交换 器也常发生堵 塞现象 ， 其原 因之一 就是在 一热 网 络 系统所补人 的软水 中含有 较多的盐类物质 。这 些盐类物 质随煤气中所夹带 的水沫或水雾进入热 交， 受热后水分蒸发 ， 而盐类物质在热交列管 内沉 积造成堵 塞管 道 。然而 所补 人 的是脱盐 水 ， 其 中 所含盐类物质极 少 ， 不会 造成热 交在 如此 短的 时 间 内发生堵塞 。
脱硫 系统 、 分离器 、 饱 和塔 等多道工 序进行 净化 ， 但仍 不可避 免地 被带 到热 交 ， 这从 热交 的堵 塞物 可看 出 ， 用热水洗 热交 时 冲出的污水 中有很 多黑 色的细小的煤粉。半水煤气 中夹带 的粉尘杂质从 热交上部进入无挡 板装 置 的热 交 内 ， 使 不耐磨 的 （ ２ ）腐蚀产物 。不排 除设 备和管 道受腐蚀 后 维普资讯 http:// ｌ ２ 小氮肥 ２ ０ ０ ４年 第 １ ２期 不锈钢钢管管壁很快 被 磨薄 ， 导 致经 常发 生穿孔 现象。
（ ３ ）应力腐蚀 。热交堵塞时均 采用加热水 冲 洗， 停 车后 ， 用９ ５℃ 的热水 从 上部加 到灼 热 的热 交列管 内， 使热 交 的列管受 到 冲刷 和冷热 交替 造 保护板 ， 在 每个列管 口加 了 Ｏ １ ９ Ｘ ｌ 、 长１ ０ ０ ｍ ｍ的 不锈钢保护套管 ， 这样 就保 护 了列管 及列 管 和管 板之 间的焊缝不受强腐蚀介 质的电化学腐蚀 和露 点腐蚀 ， 从 而大大延 长热交 的使用寿命 。
下一步改造 可将热 交换 器分 为两 个 ， 第一 热 成 的应力变化 的双 重 因素 ， 加重 了列管 泄漏 的程 度。
交 为小换热面积 的全 不锈 钢设 备 ， 可作 为预腐 蚀 器， 第二热交为大换热面积 的碳钢设备 ， 处理 出现 问题 的第一小 热交会 省 时省力 ； 还可将第 一 热交 的流程 改 为煤气 从 底 部进 、 上部 出 ， 即使煤 气 带 水、 带杂 质 ， 可 以从 热交底部 及 时排污 ， 就缓 解 了 ３ 热 交系统 的改造和设 想 因前所述原 因 ， 进变换 系统 的半 水煤 气 净化 不好 ， 饱和塔循环水 中固形物含量 高 ， 饱 和塔超 负 荷带水 至热交 内， 这些 溶解 在水 中的盐类 物质 随 煤气中所夹带 的水 沫或 水雾 进入 热交 ， 受 热后 水 分蒸发而盐类物质便 在 热交 列管 内结垢 ， 堵 塞热 交形成阻力 ， 而频繁 地停 车加水 冲洗更 加重热 交 的泄漏 。所 以就把改造 的重 点放 在饱和塔和热交 系统 。
３ ． １ 饱和塔 系统 的改造 气 体对列管的冲刷和腐蚀 。
４ 改造后的效果 ２ ０ ０ １ 年 ｌ ０月份 大修 热交 和 饱 和塔 改 造 成 功， ｌ １ 月 份 开 车 至今 再 没 有 因为 热 交 问题 停 过 车， 热交系统 已连续低 阻运行 １ 年多 ， 为公 司挽 回 经济损失 １ ０ ０多万元 ， 而且 由于热交阻力小 、 变换 系统压 差小 、 压缩机 电耗下降 ， 变换系统蒸汽消耗 也明显降低 ， 节省 了中压蒸汽 ， 使公司的发 电机组 达到设 计发 电能力 和 良好运行 状态 ， 也使 公 司 的 一 经过多方考察 、 调研 ， 公 司在 ２ ０ ０ １ 年秋季大修 时与石家庄正元公 司合 作将饱和塔 改为新 型垂 直 筛板塔 ， 单塔生产能力增产 ２ ５ ％， 杜绝 了饱 和塔的 超负荷带水 问题 ， 进入热交的煤气和蒸汽 的混合气 就是过热的 ， 即使煤气 中含有较多的 Ｈ Ｓ 、 ０ 、 Ｃ Ｏ ， 条龙生产达到 了安全 长周期 稳定 运行 的状 态。
表 ３ 改造前 、 后热 交 自身 阻力测 试数 据 系统改造后 的工艺情 况见表 ３ 、 表４ 。
没有水雾的存在也就没有滋生强腐蚀性介质 的“ 温 床” ， 也就避免 了电化学腐蚀和露点腐蚀。
由于此垂直筛板塔传 质效 率高 、 传 质区域 广 、 处理能力 大 ， 它的塔高远低 于填料塔 ， 所 以为配合 饱和塔 的改造 ， 将饱和塔进 液管下 降 ２ ． ５ ｍ， 又增 大了上部分 离空 间 ， 在 塔顶部 又 装 了旋流 板分离 器， 在 出气管道上也装 了管道分 离器 ， 相 应就有 了 ３道防线来 分离气 相 中夹 带 的微 小雾 沫 ， 这样 就 彻底解决 了气体 带水人 热 交 的问题 ， 既延 长 了热 交的使用 寿命 ， 又保护 了中变催化剂 。
３ ． ２ 热交系统的改造 针对冲刷腐蚀 问题 ， 在气 体管 人 口处加 ｌ 块 圆形挡板 ， 以１ ９ ｍ ／ ｓ 以上高 速 的． 、 夹带 杂 物 的半 水煤气进到热交后 ， 冲到挡板上后再反折 回热交 ， 不再 直接 冲刷列 管 ， 避免 了不 锈钢 列管 的直接 冲 刷腐蚀 。
（ １ ）减少停车次 数。１ ９ ９ ８年至 ２ ０ ０ １ 年 ４年 内因处理热交 共停 车 ｌ ８次 （ 秋 季 大修 除外 ） ， 中 型氮肥 厂每停 １ 次车 大约损失 ２ ０万元 ， ４年共 损 失３ ６ ０万元 ， 自２ ０ ０ ２年 以来没有 因为变换 热交而 停车 ， 每年为公 司挽 回经济损失 ９ ０万元 。
为 了防止 电化学腐 蚀 和露 点腐蚀 ， 将 新 热交 的上管板加了 ３ 层 厚度 为 ｌ ｍ ｍ 的不锈钢 隔热层 维普资讯 http:// 小 氮肥 ２ ０ ０ ４年 第 ｌ ２期 １ ３ 全 低 变 改 中低 低 流 程 改 造 小 结 高 雁 （ 责 州毕节虹翔化 工有 限公 司 公 司原有变换系统为全低变流程 ， 由于工艺 、 设备上存在一些问题 ， 多年来 的运行状况 不理想 ， 主要表现在 以下几方面 ：
５ ５ １ ７ １ ３ ） （ ３ ）由于全低 变工艺 操作 温度 相对较 低 ， 在 换热设 备处蒸 汽极 易产生冷凝 而造成换热设备腐 蚀， 造成停车次数增加 。堵管既影 响了生产 ， 又降 低换 热设备换 热效 果 ， 同时又造 成整个 系统 的阻 力增 加 。
（ １ ）由于半水煤气 中 ０ ：
含量经 常跑高 、 煤 焦 油含量高 ， 除氧 、 除油效果差 ， 除氧剂易失效 ， 造 成 低变一段触媒失 活快 ， 系统阻力增加 ， 触媒使 用寿 命缩短 。
（ ２ ）由于全低 变工艺对半水 煤气 中硫含量要 求较 高 ， 在全低变使用初期 ， 由于未设置变换气脱 硫 系统 ， 变换 气 中 Ｈ ：
Ｓ含 量高 ， 造 成脱 碳 系统 产 生硫堵 ， 精炼 带液 事故 频繁发 生 。后来 利用 碳化 系统部分设备改 造为变 换气脱 硫设 备 ， 才解 决 变 换气 中 Ｈ ：
Ｓ含量高 的问题 。
表 ４ 改造前、 后变换系统工艺情况对照 （ ４ ）全低 变 工艺 在 多 年来 不 断 的修 改 过程 中， 又增加 了一些分离设备 ， 导致整个 系统 流程复 杂， 弯头多 ， 阻力大 。
针对 以上 问题 ， 在２ ０ ０ ３年 ８月大修技改过程 中， 为 了达到 ６ ０ ｋ ｔ ／ ａ合成氨 的 生产 能力 ， 将变换 系统 改为中低低 流程。
１ 中低 低 流 程 及 改 进 年的经济效 益为 ：
０ ． ３ ５× １ ９× １ ０ ＝ ６ ６ ． ５ （ 万元 ） 。
（ ３ ）节约 蒸汽 。热交 改造 后 ， 变换 系统 阻力 降低 、 吨氨蒸汽消耗下降 ， 由表 ４可 看 出， ２ ０ ０ ２年 比２ ０ ０ １ 年吨氨蒸汽耗平均下降约 ２ ３ ５ ｋ ｇ ， 仅热交 换器改造一项 吨氨节约蒸 汽 １ ５ ０ ｋ ｇ 。按每吨蒸汽 ５ ０ 元计 ， 则 每年节约资 金 ：
５ ０×１ ５ ０×１ ０×１ ０ ～＝ ７ ５ （ 万元 ） 。
（ ４ ）节省设备 维修费用 。从 １ ９ ９ ８年 至 ２ ０ ０ １ 年 ４年间共 ３次 更换 整个 热 交 、 ３次更 换 热交 上 段， 每次检修均用 高压水 射流车 清洗 热交 ， 而且打 压堵漏 ， 在设 备的维 护保 养上 花费 了大量 的人 力 物力 。
自２ ０ ０ ２年 以来没 有在 热交 的维 修上 花 费 精力 ， 每年为公司节省设备维护费用达 ６ ５万元 。
（ ５ ）安全 效益 。热交和饱 和 塔 改造后 ， 解 决 了饱和塔超负荷带水问题 ， 杜绝 了热 交的堵 塞 ， 防 （ ２ ）降低电耗。由于变换 系统 阻力的降低和 热水循环量 的减少 ， 压缩机 及热 水 泵 电耗 大 幅度 止了热交的泄漏 ， 维持 了变换 系统 的安全稳 定生 产， 保证 了变换 系统各 工艺条件 的 良好运行 ， 大大 节省 了检修费用 和蒸 汽及脱 盐水 用量 ， 为合成 氨 下降， １ ９ ９ ８年 至 ２ ０ ０ １年 平均 吨氨 电耗 为 １ ５ ８ ５ ｋ ｗｈ ， ２ ０ ０ ２年平均 吨氨 电耗 为 １ ５ ６ ６ ｋ ｗｈ ， 吨 氨 电 耗下降 了 １ ９ ｋ ｗｈ 。电价 以 ０ ． ３ ５ ｋ ｗｈ计 ， 则 每 系统 的长周期稳 定 生产 提供 了保 障 ， 也 为下 一步 变换 系统 的“ 中低低 ” 改造奠定了基础 。
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中压变换热交换器的问题探讨 0 前言济宁市恒立化工有限公司 1 996年投产的中压变换系统因为热交的堵塞、泄漏 ,曾一度成为生产中“瓶颈”工序.由于热交经常发生堵管 ,系统...