凝结水回收管系泄漏原因与治理

马建生 谷牧原 王旭

摘要：某公司重油催化裂化装置凝结水回收管系日常运行多发泄漏，导致日常高风险抢修作业频次较高，且需工艺调整用汽及切换排放等配合作业，影响生产平稳运行。本年度为消除该项运行隐患，公司组织了专项攻关，进行泄漏治理。本文通过对历年泄漏情况进行总结分析，对因凝结水管系介质来源复杂、难以控制导致气液相混合冲刷进而引发泄漏的原因进行了分析，并针对性的从工艺及设备两个方向提出了对应的治理手段。

关键词：凝结水回收;泄漏;治理

0 前言

某公司重油催化裂化装置凝结水回收管系运行情况关系到本装置低温热水系统运行平稳，进而影响到上下游多套装置的供暖、伴热等系统运行，也涉及到大量的水汽资源回收。近年运行中，该管系频发泄漏，导致大量日常高风险抢修作业，一方面日常维修成本居高不下且安全风险较高，一方面生产运行常因泄漏被迫调整，同时也浪费了大量可以回收的水汽资源。因此，分析该管系泄漏原因并制定实施相应治理措施对整个低温热系统的可靠运行和降低日常抢修作业频次及风险意义重大。

1 凝结水回收管系运行情况

该公司重油催化裂化装置凝结水管系主要由三部分组成，一是来自下游重整装置的凝结水管路（DN100），二是来自本装置污水汽提单元的重沸器凝结水及伴热回汽凝水（DN100），此二路水汽于污水北侧管廊处汇合后进入主线（DN200）后行进至稳定单元北侧管廊，与第三路即来自稳定单元重沸器及分馏稳定单元伴热回汽凝水（DN80）汇合，一路至热力站，与各路冷源换热后进入凝结水罐。自装置于2014年改造投产后，该管系累计发生各类泄漏14次，集中在弯头及弯头后部邻近直管段。凝结水管系示意图见图1。凝结水管系各路来源参数及泄漏情况统计见表1。

2 管系泄漏原因分析

2.1 气液共沸导致的冲刷腐蚀

从凝结水各路来源情况可以看出，各支路进入管系的温度、压力、流量皆不相同，且内部物态、流相较为复杂，日常运行期间常发水击现象，判断导致该管系频发泄漏的主要原因为气液混合态的凝结水对管系弯头、三通等部位持续集中冲刷腐蚀，导致管壁减薄发生泄漏。

装置内凝结水来源为1.0MPa蒸汽、3.5MPa蒸汽经重沸器或伴热后汇合而成，最终进入压力为常压的凝结水回收罐，在该压力差下，高压饱和凝结水在流动过程中将不断汽化，内部产生气泡。气泡在流体夹带下会产生气泡冲刷腐蚀，会使冲刷腐蚀变得严重。直管段中，气泡在流体中很难与管壁发生碰撞，但在三通与弯头部位，由于流场瞬间变化复杂，气泡与管壁碰撞潰灭的概率极大的增大，气泡的爆破处会引发流体冲向管壁。研究证明，气泡破裂时产生的冲击波压力可达40MPa，形成高速射流，不仅破坏金属保护膜，引起塑性形变，消磨金属晶间原子、甚至撕裂金属粒子，使弯头、三通等管件减薄泄漏。泄漏部位情况见图2.

从图2中可见，冲刷腐蚀导致弯头弓背部位多见局部马蹄型金属缺失，穿孔部位周围粗糙疏松，未见明显锈蚀分布。充分说明导致泄漏的原因为气液混合相的凝结水高速冲刷所致。

2.2 工艺控制的不断变化与调整导致管系内物态极不稳定

装置凝结水管系来源既有本装置各单元重沸器冷凝水，也有其他装置冷凝水，还有装置各路水汽伴热的冷后回水;既有1.0MPa蒸汽凝水，也有3.5MPa蒸汽凝水。工艺生产的使用和调整，以及伴热系统冬季投用其他季节切除等不断的调整影响，导致进入回收管系的介质状态不断变化，物态、流场极不稳定，加剧了对管壁的冲刷腐蚀。

2.3 弯头等部位的特殊受力

观察可知，泄漏集中于弯头、三通及其附近管段部位，其他直管段未见冲刷泄漏，测厚也无明显减薄。可知弯头等部件的特殊受力，导致了冲刷腐蚀的集中发生。弯头角度越大，冲刷作用也越强。冲力的大小与流体流速和管内压力成正比，即流速越快，冲力越大，介质对管壁的作用力就越大，对材料的冲刷腐蚀就越严重。随着弯头曲率半径的增加，冲蚀程度呈现先减弱后缓慢增加趋势，在R=3D时，对管道的冲蚀作用最弱。

3 结论与建议

综合以上分析，凝结水回收管系泄漏的主要原因为由于管系前后压差、温差变化，来源复杂的水汽在管系内存在气液共沸形态，高速流动中，对管壁不断的冲刷腐蚀导致管壁减薄泄漏，在弯头等特殊受力部件处，尤其明显。因此，针对以上原因，提出如下几点解决措施：

（1）组织工艺、设备专业共同讨论对凝结水系统来汽状态复杂问题进行技措立项解决，依据实际情况提出设计委托，对凝结水系统来汽处理方面进行改造，采取增设冷却器、分液罐、疏水器、更换散热性能优异的翅片管等方式重点解决汽水分离问题;

（2）针对支线与总线汇合后总线流速明显升高部位，通过设计核算在确保有效输送的前提下，可采取管线扩径的方式降低流速，减轻对管系的冲蚀;

（3）于停检期间，对凝结水系统三通、弯头、截止阀及前后各1米直管段部分进行材质升级并选用厚壁结构。根据现行经验，将原20#材质升级为不锈钢316L，同时对易泄漏部位可改为法兰连接，减少在线动火频次;

（4）对于DN50以下回汽支线，在无法增上冷却设施或凝结水分液罐的情况下，增加疏水器等疏水设施，并在前后设置截止阀，以便于对疏水设施进行检查维护;

（5）日常运行中加强对凝结水系统管线、弯头、三通等部分定点测厚监控，壁厚减薄至原壁厚20%～30%时，应提前采取更换减薄部位管线、管件或在线补强等处置方式，保证运行安全。

总之，解决凝结水回收管系泄漏是一项较为庞杂的工程，需要从工艺操作源头出发，解决水汽混合相态问题，需要综合考虑调整工艺流程、优化材质选型等各个方面的因素，才能最终解决凝结水回收管系频繁出现泄漏的问题。

参考文献

1 李强，唐晓，李焰  冲刷腐蚀研究方法进展[J].中国腐蚀与防护学报，2014，34（05）：399-409

2 朱娟，张乔斌，陈宇，张昭，张鉴清，曹楚南  冲刷腐蚀的研究现状[J].中国腐蚀与防护学报，2014，34（03）：199-210

（大连石化公司，辽宁大连 116031）