脱氟石墨换热器常见问题及处理措施

陈武龙

（云南磷化集团有限公司，云南 晋宁 650600）

云南磷化集团有限公司30万t/a饲料级磷酸装置采用二水法生产工艺技术。反应采用普莱昂多槽多桨多方格反应槽，并配有三格消化槽，料浆冷却采用低位闪冷流程；料浆过滤采用2台160 m2国产转台式真空过滤机；反应逸出的含氟气体采用二级逆流洗涤，经管道、吸收塔三级喷淋循环吸收洗涤；磷石膏采用湿法排渣，稀磷酸产品采用先陈化再澄清流程；磷酸浓缩采用两级强制循环真空蒸发浓缩工艺技术，氟吸收采用两级吸收工艺；浓缩磷酸经过陈化、澄清、预处理、脱氟净化后形成合格的饲料级磷酸，以供下游饲料磷酸氢钙生产使用。脱氟工序受流程、磷酸浓度、高温的影响，核心设备换热器经常出现事故，导致停车、停产。

1 脱氟石墨换热器现状

（1）换热器自投用以来，石墨列管损坏已有近百根，通常采用快速堵头处理。由于长期处于开停车、升温、降温的环境下，快速堵头逐渐出现堵头橡胶老化、密封不严等泄漏问题。

（2）换热器壳程内部、上下封头经常因设备结构问题导致酸蚀，密封面法兰、活套法兰的子圈，下封头的弹簧，在使用一段时间后均产生不同程度的腐蚀，密封效果较差，经常出现泄漏。

（3）石墨列管出现泄漏，壳程内部有余酸和磷石膏，会直接影响壳程与管板的移动，同时也会造成壳程腐蚀、泄漏。

2 脱氟石墨换热器结构形式及损坏原因分析

脱氟石墨换热器是双管程单壳程列管式加热器，其结构设计是国内外石墨换热器通常采用的比较成熟的结构。列管式石墨换热器不论是采用全石墨化进口管、国产半石墨化列管，还是国产压型石墨列管（YFSG2），实际使用中比较容易出现的损坏都是换热管断裂、换热管与管板之间的接头脱胶、管板开裂，换热器壳程腐蚀泄漏等［1］。换热管与管板的接头容易断裂，是由其材料特性和制造加工工艺决定的，通常引起损坏的可能因素有：强度不够、温度过高，树脂发生黏结性损坏，或由于不均匀的膨胀伸缩造成管束间相互约束，形成较大的结构内应力。

3种石墨换热管中，尤其以深度脱氟中采用的压型石墨管（YFSG2）更易损坏［2］，该管是国内仅有的已经投入规模化生产并有丰富使用经验的石墨管，管子的伸缩量不同会导致不同程度的断裂。在石墨换热器技术附件中明确要求：“每根换热管在制造组装前需逐根进行水压或浸水气压试验，试验压力为2倍设计压力且不低于1.0 MPa，保压10 min，不渗漏为合格”；“压型石墨管成型后必须经过2个月以上常温时效处理，再经过300℃以上的中温处理”；“石墨设备组装后应进行整体热处理，热处理的温度不低于换热器的设计温度”。但如此处理仍无法避免换热管断裂、换热管与管板之间的接头脱胶、管板开裂、壳程腐蚀等。

磷酸溶液对碳钢具有一定的腐蚀作用，并且随着磷酸浓度增大和体系温度升高，腐蚀速率剧增（见表1、表2）［3］。

表1 碳钢在不同浓度磷酸溶液中的腐蚀情况

表2 碳钢在不同温度的w（H 3PO 4）15%的磷酸溶液中的腐蚀情况

从表1、表2可以看出，磷酸对碳钢的腐蚀速率与磷酸浓度、体系温度成正比。浮动端作为补偿器，用来消除因石墨换热器外壳金属膨胀与换热器管程非金属膨胀不同而产生的内应力。如果不把损坏列管泄漏点堵死，就会导致渗出来的酸把壳程和紧固密封的法兰及辅助浮动的装置腐蚀损坏，造成密封泄漏和浮动失效。

脱氟石墨换热器损坏原因分析如下。

一是磷酸泄漏，快速堵头老化密封不严，石墨列管受腐蚀而损坏。

二是因为石墨列管爆管，大量磷酸进入壳程腐蚀密封橡胶，或者磷酸中的磷石膏堵死、卡死浮动端，导致浮动端失效，反过来，也会导致换热列管受到应力而损坏。

三是进石墨换热器酸泵出口管未使用膨胀节，导致酸泵振动引起石墨换热器共振，产生石墨列管损坏。

四是开停车时未按照石墨换热器操作规程严格控制进气温度、升温时间等，导致石墨列管损坏。

3 问题的解决

为了消除石墨换热器列管石墨堵头、快速堵头、新爆管及管板泄漏，采取以下措施。

（1）针对换热器壳程进行打压试漏，对于试漏出来的浸湿的石墨列管进行彻底清理。采用耐腐蚀、耐高温的氟橡胶制作胶套，用904L材料加工带锥头的螺栓对老化的快速堵头进行全面更换。

（2）拆除下封头，加工换热器下封头活套法兰，对开环、封头螺栓进行全面更换，使每个零部件都能发挥作用。

（3）拆除壳程密封胶条所有的螺栓，去除密封胶条，清理该段的沉积污物，用水清洗干净，用氟橡胶O型圈（Φ22）替代原来易老化的橡胶。更换新螺栓、紧固平衡。

（4）用δ=6 mm的316L不锈钢钣卷板机加工圆筒，加焊换热器外壳程除1 m防腐蚀段的其余部分壳程。

（5）定期清理换热器的石墨列管，尽量保证换热器所有列管不会因为结垢物堵塞，导致列管受热不均匀引起列管断裂。

（6）循环磷酸泵出口管增加橡胶接头，把振动控制在泵本体；严格操作规程，控制好石墨换热器进气温度、时间，保护好石墨换热器。

4 改进后效果

通过了解石墨换热器结构，分析存在的问题，并对存在问题进行逐步处理，设备运行率有了明显改善，改造前运行率为50.17%～76.12%，改造后运行率为92.91%～95.88%。

5 小结

（1）石墨换热器无论采用何种堵漏形式，都有一个运行及使用周期；发生泄漏停车，应该有应急预案及处理措施，否则将会影响整台换热器的使用寿命。（2）加强换热器辅助装置的维护保养。消除列管和管板在热、冷态环境条件下的热应力带来的内应力损坏。（3）提高与酸接触部分材料的质量，延长设备的使用寿命。（4）加强设备的使用管理，避免因不科学使用造成的人为损坏。