蒸汽加热器泄漏原因及在线处理方法

郭德铭

(河南煤业化工集团中原大化公司甲醇事业部，河南 濮阳　457000)



蒸汽加热器泄漏原因及在线处理方法

郭德铭

(河南煤业化工集团中原大化公司甲醇事业部，河南 濮阳457000)

摘要：通过对本公司蒸汽加热器泄漏原因进行分析，利用带压开孔新技术对蒸汽加热器进行不停车在线更换，避免了全装置的停车事故，保证了大型空分装置以及后续装置的长周期稳定运行，并为同行提供了实际操作经验。

关键词：分子筛；蒸汽加热器；带压开孔

河南能源化工集团中原大化公司甲醇空分项目，装置采用杭氧股份公司设计的KDON-52000/611000型成套空分设备。该装置自2007年11月试运行以来，多次出现因蒸汽加热器泄漏造成的系统CO2超标现象。特别是最近两年，临近设计使用寿命末期，蒸汽加热器泄漏更是给生产带来了更多的影响。本文结合有关文献，对设备泄漏原因进行分析，并对实际处理经验进行总结。

1分子筛蒸汽加热器运行工艺

本公司分子筛纯化系统采用工艺成熟的卧式分子筛，蒸汽加热污氮气作为分子筛再生气源。分子筛吸附器是成对交替使用，分子筛A工作时，分子筛B再生。吸附器再生前后分四步进行：泄压、加热、吹冷、充压。在加热过程中，从冷箱出来的污氮气和从蒸汽管网过来的蒸汽在蒸汽加热器中进行换热，走管程的气液混合物经气液分离器分离蒸汽冷凝液去冷凝液储罐，走壳程的污氮气被加热作为分子筛再生气。

图1　分子筛蒸汽加热器运行工艺流程图

2蒸气加热器存在的问题

2.1　蒸汽加热器故障现象

2014年2月份，分子筛出口二氧化碳分析数据突然出现上涨现象，查阅分子筛二氧化碳分析出口表趋势，发现开始出现波动并逐渐增大，由正常运行的小于1×10-6，在分子筛工作末期增加到2.3PM。我们做出了蒸汽加热器泄漏的判断。几天后随着漏量的增大，在分子筛工作末期出口二氧化碳分析上涨至10×10-6甚至超量程，CO2严重超指标。同时在分子筛加热阶段，再生在线水分析表由的正常值的小于1×10-6，上涨至超分析表量程。冷箱低压换热器压差增大，上下塔阻力减小，氧纯度下降，系统被迫降负荷运行。

2.2　对装置的影响

因蒸汽加热器蒸汽泄漏至热的再生污氮气中，造成再生污氮气水份含量超标[1]，分子筛不彻底，造成分子筛吸附能力下降，工作时出口CO2含量上涨，干冰等杂质进入高、低压换热器及下塔，换热器阻力增加，上、下塔阻力减少，产品产量下降。

由于再生污氮气含有超标的水分，多余水分进入分子筛孔隙中，分子筛机械强度下降部分粉化，失去吸附能力，使用寿命大大降低，同时粉化的分子筛在气流带动下，易进入换热器中，造成换热器压差增加。

分子筛吸附能力下降，通过分子筛的乙炔等碳氢化合物含量增加，降低了设备的安全系数。

2.3　泄漏后采取的措施

(1)增加分子筛再生污氮气量，以降低污氮气中蒸汽含量；

(2)提高加热蒸汽温度由至操作温度上限，尽可能确保分子筛再生效果；

(3)降低循环水温度，减少空气中饱和含水量，以降低分子筛再生负荷；

(4)加强各项参数的监护工作，做好事故预案，避免事故扩大化。

3蒸气加热器常见泄漏原因

3.1　蒸汽加热器简介

蒸汽加热器是用过使用高温高压的饱和蒸汽，进入加热器管束管程，与来自壳程的污氮气进行热交换来加热污氮气的。目前国内大多已经使用上节能型蒸汽加热器(如图2所示)，经过加热管束的饱和蒸汽在气液分离器中进行气液分离后，高温的冷凝液再次返回蒸汽加热器进入预热管束，对污氮气进行初步热交换变成冷水流出。污氮气经过预热管束初步预热，再通过加热管束加热到所需要的温度后离开蒸汽加热器，对分子筛进行加热。节能型蒸汽加热器充分利用蒸汽热量，降低了综合能耗，是目前国内较为主流的设备。

图2　节能型蒸汽加热器

3.2　常见泄漏原因

3.2.1管束泄漏

管束泄漏是在换热器检修中常见的现象，特别是在与污氮气首先接触的一侧管束。我厂也对该区域泄漏管束进行了多次封堵处理，经过细致分析，判断该位置管束泄漏主要有四个原因：

(1)污氮气气流冲刷引气管束振动

蒸汽加热器管束较长，污氮气从一侧高速通过，最外侧管束迎风受力，随着污氮气流波动，管束也随之振动。振动的管束与管束、固定管束的管板或折流板反复摩擦，壁面逐步减薄，最终导致管内通蒸后泄漏。

(2)反复加热冷却引气材料疲劳

蒸汽加热器是周期运行设备，整个管束与壳侧温差最大的位置对应的也是污氮气进气位置。管束经过频繁加热降温，其自然膨胀或收缩受到约束产生热应力，当应力累计到一定数值，材料本身就会发生塑性变形或蠕变，产生疲劳裂纹。

(3)材料自身及制造缺陷

材料自身及制造缺陷是设备生产常见问题。只能督促制造商加强对设备材料及产品质量的管控。

3.2.2管板泄漏

(1)蒸汽冲刷管板

相对于常见的壳程蒸汽加热换热器，污氮气蒸汽加热器蒸汽走管程。从主管来的蒸汽在封头内被分配到更细的管束中，进气方向不可避免对管板进行冲刷。管板焊缝在长时间周期性高温蒸

汽冲刷下，容易造成脱落，开裂。

(2)水击引起的震动

蒸汽加热器工作初期，大量污氮气进入换热器，蒸汽量逐步增加，由于管束温度较低，蒸汽部分在加热管束中冷凝，从而造成水击现象，引起管束震动，频繁的震动会引起管束与管板焊缝开裂。

我公司根据运行参数及以往检修经验，判断本次管束泄漏可能性较大。在优化工艺的同时，技术人员联系加热制造厂家订购新的管束。由于新管束制作周期与生产需求时间的冲突，为避免非计划停车带来的损失，决定租赁兄弟厂家闲置蒸汽加热器实施在线切换处理，并在新管束到货后，择机回装管束。

4在线更换处理

4.1　实施方案

为不影响其他装置生产运行，所有施工都在线进行。在线并装设备属空分厂首次尝试，鉴于带压开孔施工单位具有较高相应安装资质及相关施工经验，经多次开会论证设备安装及施工确定可行。租赁的加热器配套空分产量大于我厂空分，满足我厂生产需求，参照安装建设要求及工艺需求，在原加热器旁边就近安装。

原加热器污氮气进出口管线带压开孔，配管与新加热器对应口相连。自北侧低压蒸汽管线开孔连接新加热器蒸汽入口，底部冷凝液出口与气液分离器入口相连。气液分离器至原加热器回收管线切断，连接至冷凝液外排管线。新加热器底部冷凝液出口焊接三通，增设一条就地排放管线。同时提高次中压蒸汽压力，满足新旧加热器使用要求。经过两个周期运行，确定新加热器能够稳定使用，并满足系统要求。为保障施工安全，系统冷吹阶段在原加热器污氮气进出口法兰插入盲板，

将故障加热器切出。

原故障加热器管束抽出后做气密检查，发现仍是污氮气入口侧管束开裂，经过堵漏后，作为应急备件入库保存。

4.2　运行数据对比

表1

4.3　事故处理中的不足

(1)热器设备结构认识不透彻，没有及时准确分析判断出蒸汽加热器泄漏。

(2)分子筛出口二氧化碳含量开始上涨时没有果断采取降负荷措施，导致对分子筛吸附能力产生严重影响。

(3)分子筛出口二氧化碳含量严重超标时没有果断采取停车措施，导致高低压换热器通道堵塞，冷箱工况急速恶化。

5结束语

分子筛蒸汽加热器采用在线处理的方法，能够有效避免空分系统计划外停车。我公司通过这次应急事故处理不但提高了操作人员应对复杂工况的能力和经验，而且给本行业同行进行类似问题提供了借鉴的依据。

参考文献：

[1]李艳兵，安志军.空分装置蒸汽加热器泄漏的影响及处理[J].黑龙江科技信息，2013，(11)：1.

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煤 化 工

Leakage and In-service Treatment of Steam Heater

GUODe-ming

(Zhongyuan Dahua Company of Henan Energy Chemical Group，Puyang，457004)

Abstract：This article analyzes the reason of steam heater leakage and introduces the in-service replacement by use of perforating under pressure. This assures the long-time operation for large-scale air separation device.

Key words：molecular sieve；steam heater；perforating under pressure

中图分类号：

文献标志码：A

文章编号：1003-6490(2015)01-0045-03

作者简介：郭德铭(1971-)，男，河南濮阳人，化工工艺工程师，1994年毕业于河南省化工学校，现为河南能源化工集团中原大化公司甲醇事业部副总经理。

收稿日期：2014-12-20