低溫甲醇洗裝置克勞斯氣冷凝器失效分析及改造

劉礦偉

(河南能源化工集團 洛陽永龍能化有限公司 ， 河南 洛陽471100)

摘要：對低溫甲醇洗裝置克勞斯氣冷凝器的失效工況進行了分析，利用停車間隙，向殼程進口注水，用光學探頭觀察水在換熱器內部的流動，最終確定換熱器失效原因是殼程流體存在短路。通過多層多道焊的方式，對殼程隔板和筒體進行了重新焊接。改造后換熱器殼程出口溫度滿足工藝要求，且運行平穩(wěn)。

關鍵詞：克勞斯氣冷凝器 ； 失效分析 ； 技術改造 ； 多層多道焊

中圖分類號：TQ050.2，TQ050.7

收稿日期：2015-05-08

作者簡介：劉礦偉(1983- )，男，助理工程師，從事煤化工生產和技術管理工作，電話：18538860650。

0引言

管殼式換熱器又稱為列管式換熱器，具有結構簡單、清洗方便、適應性強等優(yōu)點，在石油化工和煤化工等領域有著廣泛應用，在換熱設備中占據主導地位[1]。

我公司低溫甲醇洗裝置屬年產20萬t乙二醇配套酸性氣體脫除工序。裝置內熱再生塔頂部的克勞斯氣冷凝器是BFM型管殼式換熱器[2-3]。在裝置試車過程中，發(fā)現該換熱器殼程出口的克勞斯氣溫度超出設計溫度15~25 ℃，混合氣體中帶出大量甲醇，不僅造成裝置內甲醇的消耗，同時也造成了下游裝置的運行出現波動。為了降低裝置消耗，同時保證系統(tǒng)裝置長期安全穩(wěn)定的運行，決定利用停車間隙，對克勞斯氣冷凝器進行改造。

1換熱器主要設計參數及問題分析

1.1主要設計參數

克勞斯氣冷凝器是BFM型管殼式換熱器，殼體為帶縱向隔板的雙程殼體型式，其結構簡圖如圖1所示。主要設計參數如表1所示。

1.2問題分析

表1　克勞斯氣冷凝器主要設計參數

圖1　克勞斯氣冷凝器結構簡圖

為準確找出克勞斯氣冷凝器失效的原因，從多方面入手進行了排查。首先，打開換熱器后端管程頂部排氣口(見圖1中N6管口)，觀察出口物料狀態(tài)，發(fā)現排出的全部是循環(huán)水(無氣阻)；其次，檢查循環(huán)水和克勞斯氣進口溫度，溫度值都滿足設計要求；最后檢查換熱器殼程尾端溫度為30 ℃左右，而殼程溫度出口溫度達到55~65 ℃，比設計值高出15~25 ℃，據此初步判斷換熱器失效原因是殼程流體存在短路。

裝置停車后，對殼程進口注水，用光學探頭觀察水在換熱器內部的流動，發(fā)現水沒有流向殼程尾端，而從殼程出口有水流出。由于該換熱器縱向隔板與筒體之間采用縱向隔板插入導向槽中的密封形式，縱向隔板和導向槽之間存在間隙，極易導致流體短路。結合其他排查結果，最終確定換熱器失效原因為殼程縱向隔板與筒體密封不嚴，存在流體短路。

2確定改造方案

鑒于上述分析結果，根據BFM型管殼式換熱器的特殊結構，為使改造后的換熱器安全平穩(wěn)的運行，初步確定了以下兩種改造方案[4,5]。

改造方案一：①拆除兩端管箱，鏜右端(小法蘭口一端)管板管端焊縫與母材平齊。②用萬向鉆將已鏜平的管板各換熱管口焊接及脹接范圍內管頭鉆除。對已鉆除管頭的管板孔口锪鉆45°倒角。③將兩端管板與筒體焊縫割開(割縫盡量窄)，兩端管板與筒體結合處在各方位劃對應線做標記，然后拆下右端已鉆除管頭的管板，左端管板連管束從筒體內拉出。④在管束隔板兩側增加不銹鋼擋流板(δ4，δ2，S30403材料)，δ4板與隔板及兩端折流板連續(xù)焊，形成無縫通道；δ2板搭接并焊在δ4板上，兩端與折流板貼緊，與筒體為彈性貼緊密封。見圖2。

圖2　殼程縱向隔板和筒體密封改造方案一

改造方案二：①使用磨光機沿縱向在隔板處磨開筒體。②采用多層多道焊，并嚴格控制層間溫度，將隔板與筒體焊為一體。如圖3所示。

圖3　殼程縱向隔板和筒體密封改造改造方案二

改造方案一工作量大，且返修質量和效果不易保證：管頭加工工作量大，且加工后管板管孔偏大，換熱管的脹接和焊接質量難以保證；另外，由于筒體本身的直線度、彈性片的安裝誤差等，此種形式的彈性片與筒體不易良好貼合，而彈性片沿長度方向分幾段更難保證整體貼合效果。最終確定選用改造方案二進行返廠維修。

克勞斯氣冷凝器焊接改造完成后，對筒體上焊縫進行100%超聲檢測和表面檢測，對殼程和管程分別進行試壓和氣密檢漏，檢測結果全部合格。

3改造后效果

換熱器焊接改造完成后，殼程出口克勞斯氣溫度達到設計值滿足工藝要求，并且運行平穩(wěn)。改造前后管程和殼程進出口溫度如表2所示。

表2　改造前后實際溫度對比

4結論

低溫甲醇洗裝置克勞斯氣冷凝器殼程流體短路，造成了換熱器換熱失效。采用多層多道焊的方式，對殼程縱向隔板和筒體進行了重新焊接。改造后的冷凝器殼程出口物料溫度滿足工藝要求，且運行平穩(wěn)，不僅降低了裝置內的物料消耗，也保證了下游裝置的平穩(wěn)運行，達到了預期的改造目標。同時也說明化工設備制造期間，業(yè)主派代表駐制造廠家監(jiān)造和隱蔽性工作驗收很有必要。只有化工設備都滿足設計要求，裝置才能安全穩(wěn)定長周期的運行。

參考文獻：

[1]馮國紅,曹艷芝,郝紅.管殼式換熱器研究進展[J].化工技術與開發(fā),2009,38(6):41-45.

[2]秦叔經,葉文邦.化工設備設計全書換熱器[M]. 北京；化學工業(yè)出版社,2002.

[3]GB 151-2014 熱交換器[S].北京:中國質檢出版社,2014.

[4]TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].北京:新華出版社,2009.

[5]HG/T 20584-2011 鋼制化工容器制造技術要求[S]. 北京:中國計劃出版社,2011.