某廠氯乙烯裝置急冷塔氣不銹鋼冷凝器泄漏，造成設(shè)備腐蝕，裝置停車。通過對不銹鋼冷凝器管束進行宏觀檢查、冷卻水水質(zhì)分析等方法，對其泄漏原因進行分析并提出針對性的防范措施，有效保證了裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)。
1、急冷塔氣不銹鋼冷凝器基本情況
急冷塔氣不銹鋼冷凝器結(jié)構(gòu)形式為固定管板式換熱器，規(guī)格參數(shù)為覫1300mm×19mm×10197mm，換熱面積772.6m2，殼程和管程的材質(zhì)皆為碳鋼。具體運行參數(shù)見表1。2017年9月22日發(fā)現(xiàn)20TT402A循環(huán)水側(cè)pH值在線分析儀數(shù)值急劇下降，之后幾小時內(nèi)循環(huán)水側(cè)溫度明顯上升，判斷設(shè)備泄漏，對不銹鋼冷凝器堵管試壓消漏，監(jiān)控運行。10月12日發(fā)現(xiàn)20TT402B循環(huán)水pH值急劇下降，緊急停車，由于泄漏較多，更換備用換熱器。
2急冷塔氣不銹鋼冷凝器腐蝕情況分析
2.1介質(zhì)造成的腐蝕
不銹鋼冷凝器工藝介質(zhì)含有無水HCl，通過比較，各工藝專利商在此設(shè)備的選擇上均選擇了碳鋼材質(zhì)。通過對不銹鋼冷凝器管板和被腐蝕掉的換熱管內(nèi)壁檢查，并無明顯的腐蝕，由于換熱管內(nèi)介質(zhì)的流動性好，微量水分在管內(nèi)淤積的可能性很小，從換熱管內(nèi)部向換熱管外腐蝕的可能性很小。將已經(jīng)失效換熱管切開觀察其內(nèi)壁形貌，可以基本排除管程側(cè)工藝介質(zhì)腐蝕的可能。
設(shè)備殼程側(cè)為循環(huán)水，切開20TT402B北端筒體后發(fā)現(xiàn)，設(shè)備頂部的換熱管雖然未有大量酸浸泡產(chǎn)生的腐蝕至穿孔，但設(shè)備的表面金屬光澤已經(jīng)基本看不見，有兩種可能：一是該換熱器的殼程全部遭受過酸的侵蝕；二是循環(huán)水中有可能存在對碳鋼快速腐蝕的介質(zhì)。查閱循環(huán)水污垢沉積率、碳鋼掛片腐蝕率統(tǒng)計數(shù)據(jù)，指標均小于循環(huán)水控制指標。并且循環(huán)水系統(tǒng)為新建裝置，運行周期不到一年，除水中含有泥沙外，其他指標及填料、旁濾等運行情況良好，可見循環(huán)水水質(zhì)不是導致泄漏的直接原因。
換熱器折流板采用雙弓形水平切口，換熱器循環(huán)水出口端底部較后一塊折流板與管板之間存在一個死區(qū)，在此區(qū)域，換熱器底部大約12層換熱管被淤泥所覆蓋，此部分換熱管已經(jīng)大量腐蝕。通過查看腐蝕點的情況，可以判斷是由于外表面腐蝕造成的表面腐蝕直至較終穿孔。該部分換熱管大量腐蝕的原因可能是在中部的換熱管腐蝕穿透后，工藝側(cè)介質(zhì)泄漏到循環(huán)水中，由于死區(qū)及淤泥的存在，工藝側(cè)泄漏的HCl不能被循環(huán)水或后期沖洗水帶走，大量腐蝕性鹽酸殘存在淤泥中，碳鋼材質(zhì)的換熱管浸泡在含鹽酸淤泥內(nèi)造成嚴重的次生腐蝕。
2.2不銹鋼冷凝器管束振動問題
在介質(zhì)有相變或流體的介質(zhì)擾動頻率與不銹鋼冷凝器管束固有頻率接近或周期頻差時，換熱器管束振動導致的換熱管損壞。有兩種可能：一是由于設(shè)計時換熱管未支撐距離過長；二是換熱管與折流板的配合間隙過大致使該部位支承不起作用，其結(jié)果同未支撐距離太長一致。
換熱管的高頻振動，在換熱管與折流板配合接觸部位或者管板與換熱管配合接觸部位，發(fā)生磨蝕或不斷高頻碰擦使金屬材料硬化加劇，較終會導致材料脆性斷裂，通常會先產(chǎn)生一個徑向的凹槽，后逐漸減薄，較終局部穿孔或斷裂。換熱器的設(shè)計除了遵循GB/T151-2014《熱交換器》標準規(guī)定無支撐距離較大限值和管板與換熱管及折流板的配合公差外，還有換熱器設(shè)計專用軟件，對不合理布置，若有振動會預警提示設(shè)計人員作相應的調(diào)整，直至確保換熱器的管束不出現(xiàn)振動，設(shè)計條件已經(jīng)避開振動布置，設(shè)計圖紙也是符合GB151-1999《管殼式換熱器》（之前舊版標準）有關(guān)規(guī)定，所以基本排除設(shè)計先天不足因素。
設(shè)計圖紙上的尺寸和制造公差本身沒問題，但制造的實物控制也是很重要的質(zhì)量管控環(huán)節(jié)。當換熱管與折流板配合間隙過大，尤其是靠近兩側(cè)管板的、二兩組折流板在制造的過程中，某個管孔的正偏差過大，導致?lián)Q熱管未能獲得很好的支撐，則換熱管有可能產(chǎn)生劇烈振動導致?lián)p壞。表現(xiàn)出特征是個別換熱管的失效。通過對不銹鋼冷凝器的結(jié)構(gòu)分析：在不銹鋼冷凝器循環(huán)水出口端，有可能因這個問題造成損壞的換熱管位于13~43層（由下往上），損壞位置為靠近北端的位置，距離管板約1.3m處。不銹鋼冷凝器循環(huán)水進口端，較有可能因振動造成損壞的位置是換熱管0~11層（由下往上），靠近南端管板或距離管板約1.2m處。這是因為該兩部位部分換熱管無支承距離較大，若還因換熱管與折流板配合間隙過大存在的話，無疑加大無支撐跨距。在已失效兩臺不銹鋼冷凝器來看，在位于循環(huán)水出口端管板和第二折流板區(qū)域內(nèi)的中部或中上部腐蝕的個別換熱管失效導致泄漏。
2.3設(shè)備本體材料或制造缺陷的影響
觀察了20TT402B的管板，并無明顯的焊接、制造缺陷。轉(zhuǎn)動該設(shè)備的換熱管，大部分比較緊實，說明折流板的開孔多數(shù)應該能滿足要求，但無法排除個別開孔偏差過大或換熱管的幾何尺寸偏差過大的可能。也發(fā)現(xiàn)折流板上下應有的排氣和排污口實物沒有加工（圖紙有設(shè)計），這可能會導致?lián)Q熱器不凝氣排放不徹底，折流板間無法正常排污，影響換熱器換熱效率，同時不銹鋼冷凝器位于框架三層平臺處，循環(huán)水進裝置末端，循環(huán)水流速較低，易引起循環(huán)水側(cè)污垢沉積，并造成換熱死區(qū)的進一步加劇。
觀察被腐蝕掉的換熱管，除了表面的點蝕外，還出現(xiàn)了經(jīng)向的溝槽狀腐蝕，并且換熱管金屬組織出現(xiàn)碳化現(xiàn)象（金屬中的碳以石墨形式析出），該換熱管的材料本身存在一定缺陷，金屬組分不均勻或有夾雜物。
3不銹鋼冷凝器泄漏防范措施
3.1工藝指標監(jiān)控
工藝介質(zhì)中含有HCl，應注意工藝側(cè)的手動取樣及在線水分分析儀表的數(shù)據(jù)。當水分含量達到20×10-6以上時，就會對碳鋼設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，所以時刻控制系統(tǒng)內(nèi)物料的水分含量。
對于工藝介質(zhì)側(cè)壓力高于公用物料側(cè)的換熱器來說，應注意公用物料側(cè)的手動取樣及在線分析儀表的數(shù)據(jù)。循環(huán)水側(cè)設(shè)置有pH值在線分析儀和手動取樣分析點。因循環(huán)水中不可能存在VCM，故而可以通過定期手動取樣分析循環(huán)水中的VCM含量來判斷是否有泄漏。在剛開始出現(xiàn)泄漏的時候，因有大量循環(huán)水在殼側(cè)流動，pH值在線分析并不能馬上表現(xiàn)出pH值急劇下降，但通過仔細觀察pH值分析儀的趨勢，可以判斷出泄漏情況，在確認pH值儀完好情況下，當pH值有逐步連續(xù)下降的趨勢，表明已經(jīng)存在工藝介質(zhì)竄到循環(huán)水系統(tǒng)，換熱器已泄漏，而當pH值急劇下降，則表明換熱器有的換熱管已經(jīng)嚴重破裂或斷管。兩種方式相結(jié)合，可以早期預判輕微泄漏，從而避免泄漏和腐蝕的大面積擴散，造成更大次生腐蝕失效，防止設(shè)備的嚴重損壞，亦可減少對系統(tǒng)的沖擊。
3.2循環(huán)水管理
該項目中，不銹鋼冷凝器殼程側(cè)走循環(huán)水，并且設(shè)計為固定管板式換熱器，無法進行機械清洗，化學清洗并不能達到很好的效果，為延長換熱器的使用壽命，首先應注意循環(huán)水水質(zhì)的控制，對進入界區(qū)的循環(huán)水水質(zhì)進行定期的分析；其次，應注意設(shè)備殼側(cè)底部的排污，建議采用脈沖式排污，即定期開啟排污閥進行排污，以減少雜質(zhì)在換熱器底部的淤積；加強記錄和觀察換熱器循環(huán)水進出口溫度，分析換熱器的換熱效率，即使無法徹底清洗污垢，也做到有計劃預防性維護。較后，循環(huán)水首次系統(tǒng)使用清洗預膜質(zhì)量很重要；在有條件的情況下，建議對換熱器進行換熱管外防腐處理，以延長使用壽命。
3.3備用設(shè)備的監(jiān)造
應加強對新定制備用設(shè)備的監(jiān)造。注重換熱器的材料，尤其是管板、換熱管及其的焊接材料；管板和折流板上換熱管孔的機加工、尺寸精度和換熱管本身的精度；換熱管組配避免強力組配；管板與換熱管焊接質(zhì)量，包括幾何尺寸控制、坡口附近和貼脹區(qū)域表面質(zhì)量、焊接工藝、焊接手段、焊縫檢查等；機械性表面損傷等。
4結(jié)語
針對急冷塔氣不銹鋼冷凝器20TT402A/B發(fā)生換熱管束泄漏，通過對不銹鋼冷凝器管束進行宏觀檢查、冷卻水水質(zhì)分析等方法，并從介質(zhì)、管束振動問題以及設(shè)備本身制造缺陷方面進行逐一分析，判定是振動造成損壞及熱管的材料本身存在缺陷引起泄漏。同時管束內(nèi)鹽酸泄漏至循環(huán)水中，殘存在聚結(jié)淤泥中，加劇管壁、管板等泄漏部位的腐蝕速率，造成嚴重的次生腐蝕。
為應對管束泄漏提出了幾點防范措施，加強不銹鋼冷凝器出口處循環(huán)水取樣及在線分析，循環(huán)水水質(zhì)的監(jiān)控，定期脈沖式排污以及加強對備用設(shè)備的監(jiān)造等防范措施，確保裝置長周期安全穩(wěn)定運行。
