一起蒸汽加熱器泄漏的判斷處理過程和原因分析

李偉 李飛(陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司， 陜西 咸陽(yáng) 712000)

一起蒸汽加熱器泄漏的判斷處理過程和原因分析

李偉 李飛(陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司， 陜西 咸陽(yáng) 712000)

由于蒸汽加熱器長(zhǎng)期處于規(guī)律性的冷熱溫差介質(zhì)交替中，致使部分換熱器列管焊接點(diǎn)出現(xiàn)機(jī)械疲勞，導(dǎo)致?lián)Q熱器出現(xiàn)泄漏，影響了蒸汽加熱器的安全運(yùn)行。

蒸汽加熱器；泄漏；處理

Abstract:Because the temperature difference between hot and cold medium steam heater in long-term regularity of the change,resulting in some heat exchanger tube welding point of mechanical fatigue,resulting in leakage of heat exchanger,affect the safe operation of steam heater.

Keywords:steam heater; leakage; treatment

陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司兩套43000Nm3/h空分設(shè)備由杭州杭氧股份有限公司提供，采用全低壓分子篩凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、內(nèi)壓縮工藝、規(guī)整填料上塔和全精餾無氫制氬流程。1#空分裝置于2009年11月完成試車工作，2#空分裝置于2010年7月完成試車工作，裝置運(yùn)行各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到或接近設(shè)計(jì)指標(biāo)，裝置運(yùn)行良好。

1 故障現(xiàn)象

2015年4月23日，1#空分裝置在連續(xù)運(yùn)行的情況下，出現(xiàn)主冷液位不正常的下降趨勢(shì)，并且液位持續(xù)下降，工藝操作隨即加大裝置膨脹機(jī)空氣量，力求主冷液位穩(wěn)定；此時(shí)，觀察到高壓換熱器中部三個(gè)溫度顯示值也在下降，高壓空氣壓力出現(xiàn)上升趨勢(shì)，為確保高壓空氣壓力，并開大高壓空氣節(jié)流閥，經(jīng)過這些調(diào)整后系統(tǒng)運(yùn)行狀況稍有好轉(zhuǎn)，但是變化甚微。隨著后期主冷液位和高壓換熱器溫度持續(xù)下降，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析后，初步判斷為高壓換熱器堵塞，導(dǎo)致?lián)Q熱器堵塞的原因是高壓空氣以及膨脹空氣進(jìn)塔加工氣量不足，無法滿足生產(chǎn)用量需求。

2 故障判斷步驟和處理經(jīng)過

按照裝置流程走向，對(duì)高壓換熱器堵塞原因進(jìn)行排查和分析，打開分子篩進(jìn)口管線導(dǎo)淋，確認(rèn)殘留少量凝液；打開分子篩再生污氮?dú)獬隹诠芫€進(jìn)行檢查，確認(rèn)無帶水現(xiàn)象。各專業(yè)和管理部門完成確認(rèn)后，未見泄漏和相應(yīng)的異常。原因不明，待后查。按照生產(chǎn)管理要求對(duì)裝置進(jìn)行加溫操作，由于裝置堵塞情況不是過于嚴(yán)重，屬于可控情況下，計(jì)劃對(duì)高壓換熱器進(jìn)行局部加溫處理或是作為重點(diǎn)加溫部位，同時(shí)對(duì)高壓換熱器堵塞原因進(jìn)行進(jìn)一步排查。

1.1 加溫操作步驟和重點(diǎn)要求

(1)按照操作規(guī)范，停高壓液氧泵，隔離，靜置并進(jìn)行加溫操作。停膨脹機(jī)，隔離，靜置并進(jìn)行加溫操作。同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)排液操作，待系統(tǒng)逐步排液和退氣操作完成，裝置進(jìn)入加溫操作階段。

(2)高壓空氣通道加溫：考慮到高壓換熱器溫度較低，加溫速度不宜過快，在編制方案時(shí)，采取隔離高壓空氣管線的方法，關(guān)閉高壓空氣節(jié)流閥(6")和增壓機(jī)三段外送閥門(10")，開低壓空氣到高壓空氣管網(wǎng)連通閥(2")，高壓空氣管線吹除閥(1")，由于進(jìn)氣管線直徑大于出口管線直徑，起初加溫操作必須緩慢進(jìn)行，合理控制氣量，防止出現(xiàn)超壓或加溫速率過快所造成的危害問題滋生，逐步調(diào)整高壓換熱器高壓空氣管線通道的加溫操作，最終實(shí)現(xiàn)高壓空氣通道的加溫效果。

(3)膨脹空氣管線通道加溫：打開膨脹機(jī)進(jìn)口閥(10")和低壓空氣到中壓空氣管網(wǎng)連通閥(2")和膨脹機(jī)吹出閥(21/2")，對(duì)膨脹空氣管線通道進(jìn)行加溫處理操作；此時(shí)高壓換熱器中部溫度三個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)分別顯示為-62.64℃/-8.9℃/-102.37℃，三個(gè)測(cè)點(diǎn)溫差較大，溫度越低的一組換熱器說明堵塞最為嚴(yán)重，溫差的不斷拉大表明進(jìn)氣量偏少，隨后采取關(guān)閉低壓空氣到中壓空氣管網(wǎng)連通閥(2")，打開增壓機(jī)三段外送閥旁通閥(4")，用高壓空氣對(duì)高壓空氣管網(wǎng)開始加溫，同時(shí)打開高壓空氣到高壓氧管網(wǎng)充壓閥(2")，及高壓氧管網(wǎng)吹除閥(1")開始對(duì)高壓氧管線加溫。整個(gè)加溫工作持續(xù)近20小時(shí)，直到高壓換熱器中部三個(gè)溫度顯示依次為為25.3℃/25.8℃/25.4℃，認(rèn)為加溫合格，停止對(duì)高壓換熱器加溫，逐步恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)各手動(dòng)閥門的狀態(tài)，開始高壓換熱器導(dǎo)氣，進(jìn)行啟動(dòng)膨脹機(jī)和高壓氧泵，系統(tǒng)恢復(fù)生產(chǎn)，此時(shí)高壓換熱器中部溫度保持-113℃，并且各自之間溫差相差不到1℃。

系統(tǒng)已經(jīng)恢復(fù)生產(chǎn)，對(duì)于泄露的原因還是沒有查清，泄露原因還在排查中。

系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行一周后，純化器出口二氧化碳顯示值嚴(yán)重超標(biāo)，這次加大對(duì)純化系統(tǒng)的排查，經(jīng)過多次排查，最終在冷吹階段時(shí)發(fā)現(xiàn)蒸汽加熱器后污氮?dú)馀盼坶y(1/2")有少量凝結(jié)水排出，確定為蒸汽加熱器泄漏，純化系統(tǒng)在整個(gè)加熱再生階段均會(huì)造成再生氣將少量蒸汽凝結(jié)水分帶入分子篩內(nèi)的問題，致使純化器填料出現(xiàn)解析過程不徹底的隱患，導(dǎo)致純化器出現(xiàn)“帶病”運(yùn)行進(jìn)入下一個(gè)吸附周期，從而出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的惡性循環(huán)，進(jìn)而擴(kuò)大至整個(gè)分餾裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行堵塞故障。

最后，1#空分裝置緊急停車，對(duì)蒸汽加熱器進(jìn)行緊急消漏，采取割除封頭的方式予以查漏，最終確認(rèn)為凝液側(cè)的換熱器組發(fā)生泄漏，并進(jìn)行消漏處理。經(jīng)過近20小時(shí)的緊急處理，蒸汽加熱器消漏工作結(jié)束。系統(tǒng)恢復(fù)開車，機(jī)組沖轉(zhuǎn)，當(dāng)運(yùn)行至投運(yùn)純化系統(tǒng)蒸汽加熱器時(shí)，對(duì)蒸汽加熱器進(jìn)行特別檢查，發(fā)現(xiàn)蒸汽加熱器后污氮?dú)馀盼坶y(1/2")有少量凝結(jié)水排出，系統(tǒng)暫停開車，經(jīng)確定為前期蒸汽加熱器泄漏時(shí)殘余凝結(jié)水，用大量干燥空氣吹除后無水排出；聯(lián)系質(zhì)檢，中心配合，采取一切辦法對(duì)蒸汽加熱器后的加熱再生氣做露點(diǎn)分析，最后露點(diǎn)結(jié)果為-62.5℃，確認(rèn)蒸汽加熱器無泄漏現(xiàn)象。裝置繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)開車工作，待純化系統(tǒng)正常投運(yùn)后，對(duì)分子篩進(jìn)行特殊再生操作，盡可能確保處于未飽和床層的填料恢復(fù)自身原有的性能，保證純化系統(tǒng)正常運(yùn)行，待純化系統(tǒng)特殊再生結(jié)束后，精餾塔開始導(dǎo)氣，后續(xù)啟動(dòng)膨脹機(jī)和高壓氧泵，系統(tǒng)逐步恢復(fù)生產(chǎn)。

3 故障原因分析

切換式換熱器最容易發(fā)生泄漏的地方是焊縫，特別是封頭和管道連接處。造成泄漏的原因多是屬于制造、安裝質(zhì)量問題，也與后期維護(hù)、保養(yǎng)有關(guān)。因此，在制造、安裝時(shí)要嚴(yán)格保證焊接質(zhì)量。安裝完畢，開車以前，必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢漏和試壓，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)處理，以免開車后造成被動(dòng)。切換式換熱器的工作條件較差，不僅受交變氣流的沖擊，而且氣流溫度變化很大，在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中，薄弱的部位就容易產(chǎn)生疲勞，進(jìn)而引發(fā)泄漏。在后期使用過程中，操作人員也需對(duì)各自參數(shù)之間的變化和參數(shù)之間的聯(lián)系進(jìn)行深入的研究和剖析，在參數(shù)間找到各自的聯(lián)系，力求快而準(zhǔn)的解決出現(xiàn)的問題。

判斷泄漏的部位后要進(jìn)行補(bǔ)焊。如果是個(gè)別通道內(nèi)漏，可把該通道封死。嚴(yán)重泄漏而無法解決時(shí)，需要換該換熱器單元。這次蒸汽加熱器的泄露僅僅是凝液測(cè)一組換熱器個(gè)別管束出現(xiàn)泄露，采取直接封死的方式即可，而本次整個(gè)事件的判斷過于大費(fèi)周折，延誤了事故處理的最佳時(shí)機(jī)。

現(xiàn)就對(duì)本次整個(gè)判斷過程，結(jié)合裝置運(yùn)行實(shí)際進(jìn)行分析，導(dǎo)致本次事故的主要原因是泄漏點(diǎn)確認(rèn)太晚，致使較大量的水進(jìn)入分子篩，直到純化系統(tǒng)出口二氧化碳超標(biāo)時(shí)才恍然大悟。

對(duì)于整個(gè)過程處理如此緩慢，我個(gè)人認(rèn)為有以下幾點(diǎn)：

(1)初期裝置表現(xiàn)為主冷下降、膨脹機(jī)加不上負(fù)荷、膨脹機(jī)進(jìn)口溫度上漲，下塔壓力下降、分子篩運(yùn)行末期二氧化碳上漲但是時(shí)間很短，通過以上現(xiàn)象表現(xiàn)，得出的第一反應(yīng)就是主換熱器堵塞了，主塔進(jìn)氣量太小，需要對(duì)高壓換熱器進(jìn)行加溫處理。

(2)為什么開始都對(duì)高壓換熱器加溫了，還不懷疑分子篩有問題呢？

首先，不是沒有懷疑，而是懷疑了沒有發(fā)現(xiàn)泄漏。該換熱器在施工時(shí)用保溫材料包扎的嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的，同時(shí)工藝人員根本就沒有該換熱器的結(jié)構(gòu)圖紙，裸露在保溫外的幾個(gè)閥都是蒸汽側(cè)，沒有污氮?dú)鈧?cè)，要想判斷是否是蒸汽加熱器泄漏，只能從加熱器后1米處的污氮?dú)夤艿来党y進(jìn)行判斷，在加熱階段污氮?dú)鉁囟?85℃，泄漏出的少量冷凝液會(huì)瞬間蒸發(fā)，185℃時(shí)，想要從1/2"的吹除導(dǎo)淋看出是否帶水，根本就是不可能的事。

(3)前期對(duì)泄露進(jìn)行排查時(shí)，沒有檢查蒸汽加熱器后吹除閥嗎？

明確的說，冷吹階段時(shí)進(jìn)行了檢查，沒有水。為什么水側(cè)已經(jīng)泄漏了冷吹時(shí)溫度又低還是沒發(fā)現(xiàn)呢？因?yàn)樾孤┝糠浅Ｐ?，加熱時(shí)全部氣化了，冷吹時(shí)蒸汽加熱器污氮?dú)膺M(jìn)口閥關(guān)閉，其內(nèi)部污氮?dú)獠涣鲃?dòng)，泄漏到殼程的水聚集在了蒸汽加熱器底部，蒸汽加熱器底部到污氮?dú)夤艿老卵氐母叨戎辽儆?.5米，因此污氮?dú)夤艿罌]有水。

(4)為什么最終還是在吹除口看到了水滴？

對(duì)于DN1000mm的污氮?dú)夤艿?，想?/2"吹除閥能帶出水滴，說明這部分水是在DN15的吹除管道內(nèi)冷凝的蒸汽。要想在1/2"吹除閥這么小的管道內(nèi)看到大量冷凝液體，說明蒸汽加熱器泄漏量相對(duì)較大。但后來判斷是蒸汽加熱器的凝液側(cè)泄漏而不是氣側(cè)，所以管道內(nèi)的大量水蒸汽就冷凝液氣化后產(chǎn)生。

冷凝液氣化有兩個(gè)途徑，第一、泄漏后由于高溫直接氣化；第二是凝液泄漏至蒸汽加熱器底部，與高溫蒸汽換熱后氣化。發(fā)現(xiàn)泄漏后，在檢查殼程底部盲板時(shí)，發(fā)現(xiàn)有少量水排出，說明當(dāng)時(shí)泄漏至殼程底部的水通過換熱后變成蒸汽進(jìn)入了到了純化系統(tǒng)吸附筒。因此，要通過DN15吹除閥發(fā)現(xiàn)泄漏就必須等到兩個(gè)條件，一是必須在冷吹階段。二是有大量蒸汽，當(dāng)然如果泄漏量足夠大時(shí)，在加熱時(shí)也能出現(xiàn)水滴。

換熱器加熱時(shí)，分子篩出口二氧化碳、水份只是在末期短暫超標(biāo)。吸附末期出現(xiàn)上漲趨勢(shì)對(duì)于本裝置來說，特別是4月份以后出現(xiàn)分析數(shù)值超標(biāo)已經(jīng)不是第一次，而是自2012年以后一直都存在的問題，因此檢查時(shí)有意識(shí)的避開了這方面的考慮，特別是在初期對(duì)純化系統(tǒng)出口導(dǎo)淋和加熱器污氮?dú)獬隹趯?dǎo)淋檢查后一切正常的情況下，更是深信換熱器一切正常。

前期本裝置還出現(xiàn)過由于系統(tǒng)加溫不徹底，造成高低壓換熱器堵塞，導(dǎo)致開工后換熱器溫差大，對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，有了上次的成功經(jīng)驗(yàn)，在遇到類似問題時(shí)，首先想到的就是用同樣的方法進(jìn)行處理，等處理完畢后才發(fā)現(xiàn)問題的根源沒有找到。

(5)在線分析表不能正常運(yùn)行也是一項(xiàng)重要原因

在線分析長(zhǎng)期無法正常投用，早期儀表人員以儀表取樣氣源壓力過低(小于10kPa)為由，不予理會(huì)；經(jīng)過多次溝通后，儀表專業(yè)按照要求加裝了兩臺(tái)增壓泵，但是在增壓泵安裝到位后，仍然強(qiáng)調(diào)無法測(cè)量，遲遲不予解決。

(6)要想對(duì)分子篩有效保護(hù)，需要從以下幾方面同時(shí)入手。投用露點(diǎn)分析儀表，這是最重要的手段，用在線儀表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

更換蒸汽加熱器，通過與廠家溝通，該類型換熱器是20世紀(jì)90年代設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，20年內(nèi)沒有進(jìn)行技術(shù)更新，而且泄漏現(xiàn)象頻繁，一般使用3-7年就需更新，但未做強(qiáng)制要求。

4 結(jié)語

目前，純化系統(tǒng)運(yùn)行正常，在后期運(yùn)行過程中，加熱時(shí)間縮短了40%，冷吹峰值竟然比正常運(yùn)行時(shí)還高，再生峰值為113～119℃。在加熱階段，蒸汽帶入的熱量能夠滿足純化系統(tǒng)填料解析所消耗的熱量，滿足再生要求，然而再生末期二氧化碳依然出現(xiàn)上漲趨勢(shì)，但處于可控范圍，后期計(jì)劃對(duì)純化器填料進(jìn)行更換。

生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)故障，不管是工藝還是設(shè)備管理人員，必須保持冷靜，仔細(xì)查找事故的真正原因，及時(shí)有效的解決，確保裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

加強(qiáng)人員業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)必不可少，特別注意提升人員的應(yīng)急處置能力、分析能力、實(shí)際處理事物的能力，不可一味的依靠經(jīng)驗(yàn)解決問題。

Analysis and treatment of leakage of steam heater in air separation unit

LI Wei, LI Fei(Shaanxi Xianyang Chemical Industrial Co.,Ltd., Xianyang 712000, China)

李偉(1979- )，男，助理工程師，本科，現(xiàn)為陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司甲醇中心空分裝置生產(chǎn)副經(jīng)理。