全焊接板式換熱器泄漏原因分析及整改措施

韓榮學(xué) 葉 波

（西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠,重慶 401220）

全焊接板式換熱器泄漏原因分析及整改措施

韓榮學(xué) 葉 波

（西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠,重慶 401220）

介紹了全焊接板式換熱器在阿姆河第一天然氣處理廠脫硫脫碳系統(tǒng)的使用情況，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的頻繁泄漏原因進(jìn)行了分析，提出了針對(duì)性的整改措施，解決了泄漏頻繁的問(wèn)題，保障了脫硫脫碳裝置的正常生產(chǎn)。

全焊接板式換熱器；脫硫脫碳；泄漏；水錘

CPK75全焊接板式換熱器是阿姆河第一天然氣處理廠脫硫脫碳溶液系統(tǒng)重要的工藝設(shè)備，用于對(duì)甲基二乙醇胺（MDEA）貧液和富液熱交換，其運(yùn)行好壞對(duì)脫硫脫碳系統(tǒng)有非常重要的影響，自從2009年12月第一天然氣處理廠投入生產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，脫硫脫碳系統(tǒng)的8臺(tái)板式熱器經(jīng)常發(fā)生泄漏，并有逐步加大趨勢(shì)，不僅污染了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，也會(huì)直接影響貧液和富液的換熱，進(jìn)而影響到脫硫吸收塔的脫硫效果，甚至可能造成到H2S超標(biāo)，嚴(yán)重影響脫硫脫碳裝置的正常平穩(wěn)運(yùn)行。

一、脫硫脫碳溶液系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述

MDEA貧液在脫硫吸收塔C-1101從上而下與原料天然氣從下而上進(jìn)行逆流接觸，將原料氣中幾乎所有的H2S和部分CO2吸收，從吸收塔頂出來(lái)的濕凈化天然氣至脫水裝置進(jìn)行處理，吸收了H2S和CO2的MDEA貧液成為MDEA富液，從塔底流出并經(jīng)水力透平回收能量后進(jìn)入富液閃蒸罐D(zhuǎn)-1102，閃蒸出部分溶解的烴類氣體，富液閃蒸罐底部抽出的富液經(jīng)貧富液換熱器E-1101A/B與胺液再生塔C-1103底來(lái)的MDEA貧液換熱，溫度升至約96.5℃后進(jìn)入胺液再生塔進(jìn)行再生出MDEA富液中的H2S、CO2酸氣，酸氣送至硫磺回收裝置進(jìn)行處理。再生后的溶液從塔底出來(lái)后變成126.5℃的MDEA熱貧液，先經(jīng)貧富液換熱器E-1101A/B與富胺液換熱至87.7℃左右，然后送至熱貧液泵P-1102A/B升壓，后經(jīng)貧液空冷器E-1102和貧液后冷器E-1103冷至40℃，冷卻后的MDEA貧液先后進(jìn)入胺液預(yù)過(guò)濾器F-1102、活性炭過(guò)濾器F-1103和精細(xì)過(guò)濾器F-1104進(jìn)行過(guò)濾，除去溶液中的機(jī)械雜質(zhì)、變質(zhì)、降解產(chǎn)物。過(guò)濾后貧液去富液閃蒸塔C－1102和貧液循環(huán)泵P-1101A/B。去貧液循環(huán)泵P-1101A/B的貧胺液被泵送至胺液吸收塔C-1101，完成整個(gè)溶液系統(tǒng)的循環(huán)。E-1101A/B全焊接板式換熱器起著貧液和富液的換熱作用，是脫硫脫碳裝置的關(guān)鍵工藝設(shè)備。

二、全焊接板式換熱器的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)

全焊接板式換熱器是一種沒(méi)有中間密封墊的焊接型板式換熱器，它能在緊湊的空間內(nèi)具有很大的傳熱面積，板片采用1mm厚的316L不銹鋼薄板，將單個(gè)板片壓制成一定的凸高，單個(gè)板片兩兩正反通過(guò)翼邊組焊成一個(gè)板片組,板片四周交錯(cuò)焊接，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可以使傳熱板片通過(guò)翼邊焊接形成另一流體的通道，多個(gè)板片組焊接形成了兩個(gè)流體通道（圖1、2），因此該類型板式換熱器由多層板片焊接的板片組，及開(kāi)有螺栓孔的剛性的長(zhǎng)方形鋼架和面板組成，面板的作用是提高機(jī)械強(qiáng)度并分隔流體回路，各個(gè)回路均安裝一塊可拆卸的折流板，回路中熱貧液和冷富液分別連續(xù)經(jīng)過(guò)3次換熱。設(shè)備通過(guò)在4塊碳鋼面板上的連接法蘭與管道連接，每塊面板上也分別設(shè)置了排污接管或排氣接管，可以進(jìn)行溶液回收或排放氣體。熱貧液和冷富液在板式換熱器內(nèi)進(jìn)行逆流換熱，熱貧液高進(jìn)低出，冷富液低進(jìn)高出，這種傳熱性相比順流傳熱效果更好。

圖1 全焊接板式換熱器的板束

圖2 全焊接板式換熱器的通道示意圖

三、全焊接板式換熱器運(yùn)行情況分析

1.全焊接板式換熱器參數(shù)運(yùn)行情況

阿姆河第一天然氣處理廠一期工程共有4套天然氣處理裝置，每套脫硫脫碳溶液系統(tǒng)有兩臺(tái)全焊接板式換熱器，一用一備。自2009年12月第一天然氣處理廠投入生產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，板式換熱器運(yùn)行參數(shù)以E-1101A(1)為例，見(jiàn)表1。

表1 E-1101A（1）板式換熱器運(yùn)行參數(shù)

2.與國(guó)內(nèi)同裝置的列管式換熱器比較

與一般立管式換熱器相比，該板式換熱器具有傳熱系數(shù)高、單位體積內(nèi)換熱面積大、價(jià)格低、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小等特點(diǎn)，并具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）由于板片熱交換充分、均勻，波紋深度變化范圍大，液體在板間流動(dòng)順暢，沒(méi)有死區(qū)，阻力損失小。

（2）同一種流體在列管式換熱器內(nèi)當(dāng)雷諾數(shù)為4000～6000時(shí)才能達(dá)到湍流狀態(tài)，而在全焊接板式換熱器內(nèi)，當(dāng)雷諾數(shù)為100～300時(shí)就能達(dá)到湍流。

（3）流道不易堵塞。全焊接板式換熱器板片在四周交錯(cuò)焊接后，在運(yùn)行中由于熱脹冷縮現(xiàn)象，板片內(nèi)應(yīng)力釋放，會(huì)使板片內(nèi)的污垢自動(dòng)脫落下來(lái)，通常的污垢熱阻僅為列管式換熱器污垢熱阻的1/5～1/4。某天然氣凈化廠由于原料氣中的雜質(zhì)進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，污染脫硫溶液，溶液中的固體雜質(zhì)逐漸在脫硫塔塔盤上沉積，堵塞浮閥，造成脫硫吸收塔攔液，脫硫塔壓差增大，同時(shí)在經(jīng)E-1202A/ B/C/D列管式換熱器管程時(shí)雜質(zhì)會(huì)逐漸沉積在管程中，嚴(yán)重堵塞管程，裝置無(wú)法維持正常生產(chǎn)，裝置在2003年9月、2004年4月、2004年9月臨時(shí)停產(chǎn)時(shí)，對(duì)E-1202A/B/C/D管程進(jìn)行了清洗。第一天然氣處理廠脫硫脫碳裝置的8臺(tái)全焊接板式換熱器運(yùn)行6年多以來(lái)均未清洗過(guò)，從解體維修時(shí)觀察富液回路換熱板片上有非常薄的一層降解產(chǎn)物附著在其表面，而換熱板片內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)機(jī)械雜質(zhì)。貧液回路則呈現(xiàn)出不銹鋼本色，也不存在雜質(zhì)和降解產(chǎn)物。從E-1101A（1）板式換熱器的運(yùn)行參數(shù)壓力變化及溫度變化分析，均反映了換熱效果良好，也印證了管路不易堵塞的事實(shí)。

（4）實(shí)現(xiàn)不停產(chǎn)檢修。國(guó)內(nèi)天然氣處理廠的貧富液換熱通常選用的是浮頭式換熱器，一般設(shè)計(jì)成兩臺(tái)或4臺(tái)熱器組進(jìn)行串聯(lián)，當(dāng)換熱器出現(xiàn)泄漏或其它異常狀況，往往需要停產(chǎn)才能進(jìn)行檢修。全焊接板式換熱器一般并列安裝兩臺(tái)，一用一備，當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障后能切換到另一臺(tái)，這樣不會(huì)因?yàn)榘迨綋Q熱器出現(xiàn)故障而導(dǎo)致停產(chǎn)檢修。同時(shí)，板式換熱器在出現(xiàn)故障后能及時(shí)組織檢修，而浮頭式換熱器需要在停產(chǎn)或大修期間才能實(shí)施，極大的增加了工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)縮短大修工期也不利。

四、全焊接板式換熱器泄漏原因分析及整改措施

2.09年裝置投產(chǎn)運(yùn)行到2013年6月，8臺(tái)全焊接板式換熱器陸續(xù)開(kāi)始出現(xiàn)外漏，頻次越來(lái)越大，主要是芯部裂紋引起外漏。2010年至2013年上半年泄漏次數(shù)分別為2次、5次、8次和15次，嚴(yán)重影響了裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

1.原因分析

針對(duì)板式換熱器出現(xiàn)泄漏頻繁故障，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查看和分析，確認(rèn)為板式換熱器富液側(cè)回路上部的排氣管線與富液出口管道的連接不當(dāng)，見(jiàn)圖1，排氣管線與富液出口管線相連，但為一個(gè)倒“U”字形排氣管路，使得富液在升溫過(guò)程中產(chǎn)生的大量吸附氣體不能全部排放出設(shè)備而產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，特別是在系統(tǒng)啟動(dòng)或關(guān)閉期間最容易出現(xiàn)，可能使設(shè)備的瞬間操作壓力超出設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致板式換熱器芯部或板片產(chǎn)生裂紋而發(fā)生泄漏。另外不能同時(shí)啟動(dòng)和停運(yùn)熱貧液回路和冷富液回路，應(yīng)嚴(yán)格控制溫升和溫降，以免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生熱沖擊或不必要的應(yīng)力。

2.整改措施

（1）工藝整改。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管道安裝情況，需將板式換熱器富液回路上部的排氣管線水平延長(zhǎng)后，與富液出口管線豎直段相連，避免倒“U”字形，見(jiàn)圖3，由于富液出口閥前的管段均為水平布置，只能將富液排氣管線接在出口閥后的豎直管線上，裝置正常生產(chǎn)運(yùn)行期間無(wú)法實(shí)施，故在2013年5月至6月裝置停產(chǎn)大修期間實(shí)施了整改，見(jiàn)圖4。

（2）操作優(yōu)化。啟運(yùn)時(shí)先啟運(yùn)冷富液回路，再逐步緩慢開(kāi)啟熱貧液回路的閥門5min以上，且每小時(shí)溫升不能超過(guò)60℃，避免設(shè)備產(chǎn)生熱沖擊或不必要的應(yīng)力，停運(yùn)時(shí)操作相反。

3.實(shí)施效果

通過(guò)整改和優(yōu)化操作，2014年發(fā)生了5次泄漏，2015年發(fā)生了2次泄漏，并呈逐年下降，可以判斷出，富液在升溫過(guò)程中產(chǎn)生的大量吸附氣體能被順利帶出，降低了發(fā)生水錘的風(fēng)險(xiǎn)，也避免了設(shè)備產(chǎn)生熱沖擊或不必要的應(yīng)力，泄漏故障頻率大大降低，效果非常好。

圖3 整改前的倒“U”型排氣管

圖4 整改后排氣管

五、結(jié)語(yǔ)

全焊接板式換熱器對(duì)富液排氣管整改后，富液在升溫過(guò)程中產(chǎn)生的氣體被能順利帶出，使得換熱器泄漏故障頻率大為降低，運(yùn)行情況良好。節(jié)約了檢修維護(hù)費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本,減少了環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

[1]李宗會(huì).超薄板換熱器的研制[J].壓力容器，1998,4:51-53.

[2]祁玉紅，李治國(guó).全焊接板式換熱器的制造工藝簡(jiǎn)介[J].輕工機(jī)械，2007,3:124-125.

[3]王軍，岑永虎，熊運(yùn)濤等.板式換熱器在引進(jìn)裝置脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油與天然氣化工，2006,4:310-314.

TE6

B

1671-0711（2016）05-0075-03