热高分气混合氢换热器的设计-渗铝冷换设备石化配件渗铝.docVIP

常Ⅲ常顶换热器（E102）泄漏原因的分析及防护措施 一、概述 镇海炼化公司800×104t/a常减压蒸馏装置于1999年11月开工正常后，在不到三个月的时间里，常Ⅲ常顶换热器E102（A/B、C/D、E/F）三组管束均先后发生泄漏，虽几经抢修，但效果并不理想，给生产装置实现安、稳、长、满、优运行带来了严峻挑战。检修情况见下表。 常顶换热器（E102）检修概况 编号 时间 E102（A/B、C/D、E/F） 损坏状况 处理情况 2000.1 管子与折流板碰撞磨损腐蚀（经E102F抽芯并割下一根管子剖析） 于2000.3全部更换为U形管折流杆换热器 2000.5 油气出入口换热管冲蚀严重（经抽芯检查发现） 一、E102（E/F） 1、壳程进出口处割除二排管子。 2、壳程进出口接管扩径。 3、贴补防冲挡板。 于2000.6投入使用，并与2001.4大修更新。 二、E102（A/B、C/D） 1、壳程进出口处隔除二排管子。 2、壳程进出口接管扩径。 3、壳程封头中心处开管嘴连通。 4、贴补防冲挡板。 于2000.8投入使用。 二、运行工艺条件及泄漏原因分析 1、运行工艺条件 常顶换热器（E102）型号为BIU1400—2.5/1.6—540—6/25—6I，其主要工艺运行条件见下表。 常顶换热器（E102）操作条件 位置 项目 壳程 管程 进出口温度（℃） 进160，出90 进32，出115 工作压力（MPa） 0.1 2.1 设计压力（MPa） 1.6 2.5 设计温度（℃） 200 200 流量（t/h） 80 190 工作介质 名称 油气 原油 组分 C1～C6、H2O 原油 密度（kg/m3） 6.3 839.1 腐蚀特性 H2O—H2S—Cl－ S含量：1.5wt% 2、泄漏原因分析 常Ⅲ开工初期，加工处理量较小，E102管束（结构形式为单弓形折流板）的泄漏点主要在靠近U形弯头部位的管子与折流板碰撞磨损处。在E102更换为折流杆换热器后，随着加工处理量的逐步加大，泄漏点主要在重叠换热器组下面一台管束的出入口处，其表现形式以坑蚀穿孔最为突出；同时，在管束中、下部的外表面有大量的点坑蚀和附有大量的FeS锈。从E102的泄漏点和表现形式来看，主要是HCl—H2S—H2O与高速流体冲蚀的综合作用所引起的，分析原因有以下几点。 （1）流体诱发的管子振动造成的磨损腐蚀 对于弓形折流板结构形式的管束，其壳程流体流动方式是以反复转变方向的横流来完成的，而引起流体诱发管子振动的原因——流体弹性不稳定、漩涡脱落及紊流抖振等都是由横向流动时发生的现象。随着加工量的逐步扩大，壳程流体流速过大，从而诱发管子振动加剧，造成E102在靠近U型弯头部位的几块折流板处部分管子（刚性较薄弱区域），产生了凹陷即缩颈现象，管子外径明显缩小，管壁减薄，经割管剖析认为，此现象是由于管子的振动引起，并与介质的共同作用产生磨损腐蚀所造成的。 （2）含有液滴的高速流体引起的冲刷腐蚀 管束的使用寿命除与构件的材料、厚度及介质腐蚀速率有关外，还与介质流速的大小有关。对于常顶E102重叠换热器组下面一台管束的出入口处，顺油气流动方向出现的沟槽状穿孔腐蚀，主要是高速流体冲蚀而成。若介质为纯气体时，流速允许为30～50m/s。但管束入口为气、液两相时，流速一般不应大于6m/s。否则气体夹带具有腐蚀性液滴进入换热器，被携带的液滴具有很高的动能，当与换热器管束碰撞时，呈现非弹性碰撞，液滴撞击局部形成局部水力冲击，使局部压力可达数十兆帕，液滴越大，引起局部水力压强越大。这些液滴就像无数小弹头一样连续打击在金属表面上，金属表面很快就会疲劳剥蚀。而常顶E102重叠换热器组下面一台管束的入口处，其最高流速达到了20m/s（入口接管为DN350），即使在接管扩径至DN450后，其最高流速也达到了12m/s。 （3）HCl—H2S—H2O的腐蚀 因壳程介质为油气，其操作温度在90～160℃，100℃以下，冷凝区域出现液体水以后，在换热器壳程便形成HCl—H2S—H2O系统的腐蚀。常顶换热器E102严重的腐蚀破坏是由于HCl和H2S相互促进构成的循环腐蚀，其反应为： Fe＋2 HCl→FeCl2＋H2↑ FeCl2＋H2S→FeS↓＋2HCl Fe＋H2S→FeS↓＋H2↑ FeS＋2 HCl→FeCl2＋H2S 在管束中、下部的外表面有大量的点蚀坑和附有大量的FeS锈，这是由于介质中的Cl－作用，破坏了金属钝化膜。在低PH下，由于H2S的腐蚀作用产生的FeS附着在金属表面，使带液滴的油气流动受到阻碍，电解质扩散受到限制，被阻塞的空腔内，腐蚀液的化学成分与整体溶液存在较大差异，造成腔内电位降低，整个外表面为阴极，点蚀坑为阳极，产生了电化学腐蚀。在水解反应的作用下