賀志榮 韓擁軍 詹小軍

（多氟多化工股份有限公司）

化機(jī)制造

無(wú)水氫氟酸生產(chǎn)中換熱設(shè)備的故障分析和防范措施

賀志榮*韓擁軍 詹小軍

（多氟多化工股份有限公司）

主要介紹無(wú)水氫氟酸生產(chǎn)中換熱器發(fā)生的故障，并分析其故障原因，提出防范措施。

換熱器 故障分析 防范措施 焊縫 表面缺陷 腐蝕

0 前言

無(wú)水氫氟酸生產(chǎn)系統(tǒng)中的換熱設(shè)備按換熱介質(zhì)的不同可分為三類(lèi)。第一類(lèi)是用冷凍水冷卻的，相應(yīng)的設(shè)備有一冷、二冷以及精餾和脫氣塔的冷凝器；第二類(lèi)是用循環(huán)水冷卻的，相應(yīng)的設(shè)備有初冷（水冷）器；第三類(lèi)是用熱水加熱的，相應(yīng)的設(shè)備有脫氣塔再沸器和精餾塔再沸器。下面將這三類(lèi)換熱設(shè)備的故障分析和防范措施作分類(lèi)敘述。

1 初冷（水冷）器

1.1 故障表現(xiàn)

該類(lèi)設(shè)備的絕大多數(shù)故障為進(jìn)氣端管板與換熱管之間的焊縫處發(fā)生泄漏，在多氟多化工股份有限公司發(fā)生的故障中無(wú)一例外。

1.2 故障分析

在無(wú)水氫氟酸生產(chǎn)系統(tǒng)中，該類(lèi)換熱設(shè)備是最先接觸介質(zhì)的換熱設(shè)備，也是故障最多的換熱設(shè)備。究其故障原因，主要是原料螢石中含有一定的雜質(zhì)，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氟化氫氣體時(shí)也同時(shí)生成了一定量的水分，雖經(jīng)預(yù)洗滌和預(yù)凈化處理除去了大部分水分，但進(jìn)入初冷器時(shí)氟化氫氣體仍有微量水分存在 （800×10-6m3/m3左右）。這些微量水分與氟化氫氣體結(jié)合形成微量的氫氟酸，從而導(dǎo)致設(shè)備入口處管板與換熱管之間的焊縫腐蝕。如果在生產(chǎn)操作中沒(méi)有較好地控制而使氟化氫氣體中的水分含量增加的話，則腐蝕將會(huì)加劇。這是故障產(chǎn)生的原因之一。

產(chǎn)生故障的另一個(gè)原因，就是溫度越高無(wú)水氫氟酸對(duì)金屬的腐蝕速率就越快。根據(jù)原化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院主編的《腐蝕與防護(hù)手冊(cè)——化工生產(chǎn)裝置的腐蝕與防護(hù)》[1]一書(shū)介紹，碳鋼在常溫的無(wú)水氫氟酸中是耐蝕的。但碳鋼的耐蝕是相對(duì)的，在各種溫度下無(wú)水氫氟酸仍會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的腐蝕作用，腐蝕速率與溫度的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 不同溫度下碳鋼在無(wú)水氫氟酸中的腐蝕速率

由表1可見(jiàn)，進(jìn)入初冷器的氟化氫氣體溫度在40℃以下時(shí)，其對(duì)金屬的腐蝕速率較低。

該換熱設(shè)備的泄漏故障與腐蝕問(wèn)題密切相關(guān)。任何焊接工藝在焊縫內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生一定的焊接缺陷，如氣孔、夾渣等，只是缺陷程度有所差別而已。即使按射線探傷一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，也允許每張片子中有一個(gè)微氣孔存在。正是由于焊縫中有微氣孔存在，所以當(dāng)該類(lèi)換熱設(shè)備使用一段時(shí)間后，焊縫表面就會(huì)被腐蝕 （溫度越高，腐蝕就越快）。因這種腐蝕是均勻的、緩慢的，所以對(duì)設(shè)備本身影響不太大。但如果微氣孔在焊縫的上部，當(dāng)焊縫表面被腐蝕后，微氣孔就會(huì)暴露，而氫氟酸有極其強(qiáng)的縫隙和孔隙腐蝕能力，這時(shí)就會(huì)很快地沿孔隙腐蝕下去，直至穿透焊縫。從使用時(shí)間較長(zhǎng)的設(shè)備上均可發(fā)現(xiàn)，焊縫高度因腐蝕而比使用前要低許多。此外，換熱管壁厚也因腐蝕而有所變薄。

1.3 預(yù)防措施

（1）對(duì)于制造時(shí)產(chǎn)生的表面缺陷是不允許存在的。設(shè)備到貨后通過(guò)認(rèn)真檢查，可以發(fā)現(xiàn)表面缺陷，從而可杜絕因表面缺陷而引發(fā)的設(shè)備故障。

（2）對(duì)于焊縫內(nèi)部存在的微氣孔缺陷可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改善。

一是改變傳統(tǒng)的全電焊焊接方法，采用氬弧焊打底加電焊罩面或全氬弧焊的方法，盡可能減少焊接缺陷。

二是焊接過(guò)程中要保證焊接坡口以及焊絲清潔和干燥，以盡量減少氣孔的產(chǎn)生。

三是實(shí)行計(jì)劃預(yù)修，在確保設(shè)備沒(méi)有表面缺陷的前提下，初冷器投入使用數(shù)月后安排打開(kāi)進(jìn)氣端封頭，用拋光機(jī)全面清除焊縫上的酸泥，檢查生產(chǎn)工藝過(guò)程對(duì)焊縫的腐蝕情況。若進(jìn)入設(shè)備的介質(zhì)中水分控制得好，焊縫腐蝕緩慢，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)微氣孔，則可延長(zhǎng)打開(kāi)封頭檢查的周期；若此時(shí)焊縫已經(jīng)低了許多 （大于等于2 mm以上），則需要對(duì)該焊縫進(jìn)行堆焊；若發(fā)現(xiàn)微氣孔，則應(yīng)將該氣孔打磨掉，打磨趨勢(shì)盡可能平緩，打磨深度大于1.5 mm時(shí)，需要用小直徑焊條做堆焊，以保證焊縫的有效高度。

四是嚴(yán)格控制初冷器進(jìn)口的氟化氫氣體溫度（可以通過(guò)增加粗酸回流的辦法），使腐蝕速率限制在可控的范圍內(nèi)。

只要能做好以上幾方面工作，初冷器就可連續(xù)使用幾年而不會(huì)發(fā)生泄漏故障。另外，由于初冷器是立式的，若氣體入口管在封頭正中間，則氣體直接對(duì)著的上管板區(qū)域焊縫和換熱管更易被腐蝕?？煽紤]將其改為平封頭加管箱，把氣體進(jìn)口改在側(cè)面。對(duì)于北方的氫氟酸生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，循環(huán)水的處理是至關(guān)重要的。由于水質(zhì)中鈣鎂離子較高，很容易對(duì)設(shè)備產(chǎn)生垢蝕。這也是一個(gè)不可忽視的大問(wèn)題。

2 脫氣塔再沸器和精餾塔再沸器

2.1 故障現(xiàn)象

再沸器的故障表現(xiàn)有兩種。一是換熱管內(nèi)泄漏， 泄漏部位如圖1所示。二是管板上表面焊縫泄漏，且表面出現(xiàn)大量的微孔。

圖1 換熱管內(nèi)泄漏部位

2.2 故障原因

上述兩種故障均為無(wú)水氫氟酸界面腐蝕所造成的典型故障。

2.3 防范措施

在確保設(shè)備制造沒(méi)有表面缺陷的前提下，合理控制無(wú)水氫氟酸的液位 （液位高度控制在上管板之上50～200 mm范圍內(nèi)）是防范的關(guān)鍵措施，讓界面腐蝕僅發(fā)生在上封頭的部位，同時(shí)液面高度不宜恒定。這樣再沸器就只是受到無(wú)水氫氟酸的腐蝕（腐蝕速率為0.35～0.68 mm/a），從而可保持碳鋼材質(zhì)換熱段無(wú)故障時(shí)間在2年以上。

為了延長(zhǎng)再沸器的使用壽命，可以考慮增大熱水循環(huán)量，從而降低熱水溫度，達(dá)到最終降低腐蝕速率的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹無(wú)水氫氟酸生產(chǎn)中換熱器發(fā)生的故障，并分析其故障原因，提出防范措施?？傊?，要讓無(wú)水氫氟酸生產(chǎn)裝置能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，其設(shè)備的制造質(zhì)量，尤其是管板和列管的焊接質(zhì)量是重要的基本保障。有效地降低無(wú)水氫氟酸在這些設(shè)備中的溫度是控制腐蝕速率的關(guān)鍵。此外，還要做好預(yù)防性檢修。

[1]化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院.腐蝕與防護(hù)手冊(cè)——化工生產(chǎn)裝置的腐蝕與防護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991.

國(guó)產(chǎn)新型PDA球閥開(kāi)發(fā)成功

針對(duì)未來(lái)對(duì)二甲苯市場(chǎng)的巨大需求，杭州凱維閥門(mén)集團(tuán)有限公司開(kāi)發(fā)出新型PDA球閥，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)口替代，且價(jià)格降低將近一半，市場(chǎng)潛力巨大。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)二甲苯(PX)裝置中的耐高溫、耐腐蝕、耐磨球閥主要依托國(guó)外產(chǎn)品，極大地增加了廠商的生產(chǎn)成本。凱維此次研發(fā)出來(lái)的新型閥門(mén)能夠很好地適應(yīng)高溫、腐蝕等惡劣環(huán)境，從而滿足市場(chǎng)需求。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)PDA閥門(mén)的入市，有望推動(dòng)國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品降價(jià)，讓整個(gè)PX行業(yè)獲益。

由于國(guó)內(nèi)目前該種閥門(mén)主要依賴國(guó)外進(jìn)口，因此國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上具有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。國(guó)外的該種閥門(mén)價(jià)格過(guò)高，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品可以在價(jià)格上比國(guó)外便宜40%～50%，這將極大地降低客戶的生產(chǎn)成本。杭州凱維閥門(mén)集團(tuán)新研發(fā)的產(chǎn)品在性能上也可以很好滿足PX裝置的要求。新型閥門(mén)產(chǎn)品將有望在PX領(lǐng)域搶占先機(jī)，獲得市場(chǎng)占有率，為公司利潤(rùn)提供增長(zhǎng)點(diǎn)。通過(guò)強(qiáng)大的銷(xiāo)售系統(tǒng)，可使該種PDA球閥在2017年凈利潤(rùn)達(dá)到2200萬(wàn)元，2018年突破4000萬(wàn)元，2020年突破8000萬(wàn)元。

該公司閥門(mén)產(chǎn)品包括十大類(lèi)518個(gè)系列2918個(gè)規(guī)格，廣泛應(yīng)用于石油、化工、化纖、水處理以及其他工業(yè)系統(tǒng)等領(lǐng)域，為客戶提供優(yōu)質(zhì)的工業(yè)閥門(mén)解決方案，并積累了恒逸石化、榮盛石化、桐昆集團(tuán)、傳化集團(tuán)、富麗達(dá)集團(tuán)等眾多的戰(zhàn)略合作伙伴。

近幾年，由于技術(shù)及環(huán)保等方面的原因，國(guó)內(nèi)PX產(chǎn)能擴(kuò)張速度比較緩慢，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能已經(jīng)嚴(yán)重不足，自給率降至55.9%。然而，隨著國(guó)內(nèi)PX成套技術(shù)的突破，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸已破解，加上PX投資的政策瓶頸也在不斷消除，除新建裝置有能耗、布局及原料配套等要求外，改擴(kuò)建項(xiàng)目審批權(quán)已下放至地方政府。因此PX裝置的未來(lái)值得期待。同時(shí)，McIlvaine的分析數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)幾年，中國(guó)工業(yè)閥門(mén)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)仍將穩(wěn)定在7%左右，遠(yuǎn)高于全球的工業(yè)閥門(mén)行業(yè)增長(zhǎng)速度。 (禾火)

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浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司 QC1（彩色）

南通羅斯混合設(shè)備有限公司 QC2（彩色）

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《化工裝備技術(shù)》編委會(huì)名錄 QD17（單色）

《化工裝備技術(shù)》理事會(huì) QD18（單色）

上海迅昌化工裝備技術(shù)研究所 HD1（單色）

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上海申銀機(jī)械（集團(tuán)）有限公司 HD4（單色）

Failure Analysis and Preventive Measures of the Heat Exchange Equipment in Anhydrous Hydrofluoric Acid Production

He Zhirong Han Yongjun Zhan Xiaojun

The failure of the heat exchanger in anhydrous hydrofluoric acid production has been mainly introduced,the causes of failure are analyzed,and the preventive measures are put forward.

Heat exchanger;Failure analysis;Preventive measures;Weld seam;Surface defect;Corrosion

TQ 050.7

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.08.016

2016-12-12）

*賀志榮，男，1954年生，工程師。焦作市，454191。