一起空分高压换热器泄漏事故处理过程的研究

赵 伟

(河南省中原大化集团有限责任公司， 河南濮阳 457000)

1 设备概况

河南省中原大化集团有限责任公司空分厂采用杭州制氧机集团股份有限公司设计生产的KDON-52000/61100型空分装置，该装置采用内压缩工艺技术,包括大型离心式空气压缩机技术、常温分子筛净化技术、增压透平膨胀机技术、填料型上塔技术、全精馏无氢制氩技术、液氧泵液氮泵增压技术。该装置所产的纯度大于99.6%的氧气提供给壳牌煤气化装置，氮气为惰性气体输送给气化装置和甲醇装置，氩气为副产品，设计空气体积流量为279 000 m3/h。

空分装置2台高压换热器的型式为铝制板翅式换热器，在高压换热器中对经分子筛吸附器除去水分和二氧化碳的高、中、低压空气进行冷却，液氧、液氮和污氮气等返流气在高压换热器内被加热到常温。

2 高压换热器流程

压缩机高压缸三段送出的6.9 MPa高压空气和膨胀机增压端送出的3.85 MPa中压空气进入高压换热器，与返流的高压液氧、高压液氮及污氮气换热。高压空气出换热器时为-161 ℃的高压液空，然后通过节流阀节流变为-171 ℃的液空混合物直接进入下塔参与精馏；膨胀空气从高压换热器中抽出，换热后变为-118 ℃的膨胀空气进入膨胀机入口；高压5.2 MPa液氧在高压换热器内闪蒸后变为5.2 MPa、25 ℃以上的高压氧气；高压8.2 MPa液氮在高压换热器内闪蒸后变为8.15 MPa、25 ℃以上的氮气；从上塔来的污氮气在高压换热器内复热至25 ℃以上进入水冷塔。

3 泄漏发现过程

2019年7月10日上午，现场操作人员巡检发现高压换热器冷箱顶部安全阀冒冷气，打开顶部人孔检查发现珠光砂有吹动现象，判断为冷箱内有泄漏情况。立即进行冷箱内氧气体积分数分析，结果为20.9%，初步排除氧气、氮气等危险气体泄漏；检查冷箱外观确认无结霜、喷砂、开裂等异常现象，系统压力未出现快速下降或无法维持的情况，冷箱基础温度无异常，排除低温液体或气体泄漏的可能。由此基本可确定泄漏点在高压空气、低压空气或膨胀空气流路中[1]。经公司专题会议研究决定待后续工段(如煤气化装置等)安全停车后，空分装置立即停车检修。

2019年7月11日，空分装置开始停车，逐步进行退气、排液、加温、扒砂等工作。2019年7月14日高压换热器冷箱扒砂完毕，对高压换热器进行了全面检查，共发现4处泄漏点(见图1)：漏点1为高压换热器A中压空气出口封头上方与换热器本体连接处；漏点2为高压换热器A低压空气入口封头上方与换热器本体连接处；漏点3为高压换热器B低压空气入口封头上方与换热器本体连接处；漏点4为高压换热器B高压氮气出口正下方对应的换热器本体中间纵向焊缝西侧相应焊缝。

(a) 泄漏点1

4 处理措施

由于现场不具备修复条件，故决定将高压换热器送至开封空分集团有限责任公司(简称开空公司)进行修复。在开空公司修复了中间拼接焊缝和所有漏点，更换了高压换热器A中压空气出口封头、低压空气入口封头，处理完毕后进行了水压试验、烘干通道、气密试验、挂U管检查高压换热器通道等工作。

经过维修和检测合格后，2台高压换热器返回空分厂现场，切割盲头。随后2台高压换热器吊入冷箱，管线对口，框架和冷箱板复位，空分厂制定了严格的管线吹扫施工流程，对每道焊口实行“一口一牌”确认制度。对所有管线进行吹扫，彻底将铝屑清理出系统，经确认管线和高压换热器内干净无异物后，使用氩弧焊焊接管线和设备。

施工过程按照GB 50677—2011 《空分制氧设备安装工程施工与质量验收规范》、GB 50184—2011 《工业金属管道工程施工质量验收标准》和GB 50235—2010 《工业金属管道工程施工规范》要求进行质量管控，高压换热器安装完毕后，空分厂对高压换热器进行常温充压查漏及裸冷检查。裸冷中冷却整个空分装置，直至达到平衡温度，使所有设备管道处表面都结上白霜，并保持3～4 h[2]，最终确认无漏点。

5 检修后开车运行情况

2019年8月27日11:00：00空分装置开车，2019年8月29日00：00:00产出合格氧气、氮气产品。

检查高压换热器冷箱未发现珠光砂翻动等异常现象；分析高压换热器冷箱内氧气体积分数，结果为5.1%，符合冷箱气封气为污氮气的特点；冷箱压力为165 Pa，且压力指示稳定;冷箱基础温度指示为-11 ℃，系统各压力稳定。通过装置开车检验各项指标表明本次高压换热器检修合格。

6 原因分析

通过对比高压换热器几处泄漏点位置，可以发现几处泄漏点均分布于高压换热器中间拼缝上下。高压换热器由于设计制造原因，东西两侧中部存在一条纵向拼接的焊缝，东侧焊缝穿过高压氮气出口封头、中压空气出口封头和低压空气出口封头，西侧焊缝穿过中压空气入口封头、低压空气入口封头和高压液氮入口封头[3]。

由于开停车时温度的急剧变化极易导致设备伸缩不均，拼接焊缝这一薄弱部位先被撕裂，虽然此焊缝内并无流体通道，但是与焊缝相连的中压空气出口封头、低压空气入口封头等处均易被开裂错位的拼缝拉扯而出现泄漏，3.85 MPa的中压空气通过泄漏点高速喷出，吹动周围的珠光砂猛烈打磨高压换热器本体，导致泄漏点不断扩大[4]。

7 预防措施

(1) 增加冷箱气封压力和氧含量分析在线表，引入空分装置集散控制系统(DCS)操作画面，及时监控冷箱内压力和氧含量变化。

(2) 增加高、低压换热器冷箱内温度测点，及时发现冷箱内可能出现的泄漏情况。

(3) 增加冷箱顶部视频监控，及时发现冷箱盲区可能出现的异常情况。

(4) 要求操作人员对温度和压力调整幅度严格按操作规程要求执行，严禁超温超压或温度压力急剧变化。

8 结语

板翅式换热器作为一种高效换热器型式，在空分及其他化工行业中应用较为广泛。经本次检修后，该空分装置已安全运行近2 a，笔者通过对此次空分高压换热器泄漏的处置过程和增加的监控预防措施进行分析，希望为国内外同类型装置在遇到类似问题时提供参考。