制冷裝置氨換熱器泄漏原因分析與改進(jìn)

張杰良，孔文濤

（蘭州石化公司合成橡膠廠，甘肅 蘭州 730060）

1 概述

某公司制冷裝置2015年由蘭州寰球工程公司設(shè)計(jì)，2016年9月建成投用。利用氨作為制冷劑，主要生產(chǎn)-12℃鹽水供生產(chǎn)裝置做冷卻水循環(huán)使用。裝置設(shè)計(jì)制冷量為2500kW。本裝置三臺(tái)制冷壓縮機(jī)及配套控制系統(tǒng)、-12℃鹽水管網(wǎng)為原制冷裝置利舊，液氨儲(chǔ)罐、氨換熱器、載冷劑儲(chǔ)罐、氨蒸發(fā)器等輔助設(shè)備異地新建，輔助設(shè)備廠房占地面積23400×18000mm。該公司制冷裝置氨換熱器在使用過程中，列管頻繁泄漏，循環(huán)水分析指標(biāo)經(jīng)常超標(biāo)，冷凝效果降低，多次組織搶修，頻繁對(duì)泄漏的管線進(jìn)行封堵，且每次泄漏的管數(shù)呈直線上升，換熱效率不能滿足工藝生產(chǎn)條件[1]。

2 工藝流程說明

由該公司化肥廠供送的液氨進(jìn)入氨儲(chǔ)槽 （V-102A/B）,供系統(tǒng)使用。冷卻-12℃鹽水的液氨來自V-102A/B，經(jīng)-12℃鹽水調(diào)節(jié)閥控制，調(diào)節(jié)進(jìn)入-12℃鹽水冷卻池中的蒸發(fā)器（E-102）列管內(nèi)與列管外鹽水進(jìn)行熱交換。蒸發(fā)的氣氨由E-102上部返回氣液分離器（V-101）內(nèi)，分離氣氨中夾帶的液氨后進(jìn)入氨壓縮機(jī)(CM-2#CM-4#CM-6#)，壓縮后的氣氨進(jìn)入油分離器（V-105），分離氣氨中所夾帶的潤滑油，再進(jìn)入氨換熱器(E-701)與循環(huán)水進(jìn)行熱交換，使氣氨冷凝為液氨，流入液氨儲(chǔ)罐（V-102A/B），從而形成液氨儲(chǔ)罐，氨蒸發(fā)器，氣液分離器，氨壓縮機(jī)，板式換熱器的循環(huán)回路。V-102A/B中的液氨另一路送至ABS車間供冷卻使用，返回氣氨經(jīng)氣液分離器（V-101）分離夾帶液氨后，氣氨進(jìn)入CM-2/4/6#入口總管。

3 氨換熱器E-701泄漏原因分析

3.1 氨換熱器E-701列管腐蝕

該氨換熱器E-701管程/殼程介質(zhì)分別為循環(huán)水/氨。通過對(duì)E-701氨換熱器腐蝕產(chǎn)物分析，大部分泄漏聚集在油冷卻器底部循環(huán)水入口段，主要原因是循環(huán)水入口沖刷腐蝕，導(dǎo)致部分列管泄漏，循環(huán)水與殼程液氨相容，形成氨水加速列管的泄漏?，F(xiàn)場(chǎng)堵管照片如圖1所示。（該氨換熱器4組，每組管束326根，共計(jì)管束1304根）

圖1 現(xiàn)場(chǎng)堵管圖

3.2 氨換熱器E-701設(shè)計(jì)缺陷

該氨換熱器E-701存在設(shè)計(jì)缺陷，如氨換熱器E-701換熱列管為10#鋼，管徑￠19×2mm，壁厚僅為2mm，明顯偏薄。

4 氨換熱器E-701改進(jìn)措施

4.1 管控措施

4.1.1 制定氨換熱器E-701清理計(jì)劃

針對(duì)氨換熱器E-701垢下腐蝕情況，制訂詳細(xì)定期維護(hù)及清理計(jì)劃，要求每半年拆卸封頭清理一次。

4.1.2 加強(qiáng)氨換熱器E-701巡檢及記錄情況

在崗位設(shè)立巡檢、故障記錄。由操作人員、包區(qū)人、檢修人和管理人員定期簽字確認(rèn)，注明每次巡檢、泄漏發(fā)生情況以及人員到場(chǎng)、處理時(shí)間等信息。

4.1.3 做好氨換熱器E-701檢修后定壓查漏工作

檢維修后由運(yùn)行工程師做好定壓、查漏記錄。由機(jī)械員、工藝員負(fù)責(zé)驗(yàn)收、落實(shí)檢維修策略的執(zhí)行，保證檢修后質(zhì)量。

4.1.4 制定氨換熱器E-701攻關(guān)措施

車間根據(jù)換熱器實(shí)際情況，訂立攻關(guān)方案，定期召開攻關(guān)總結(jié)會(huì)。對(duì)典型問題進(jìn)行案例分析，對(duì)建議進(jìn)行討論，對(duì)存在的問題進(jìn)行交流和溝通，提出改進(jìn)意見。

4.1.5 做好設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)

結(jié)合設(shè)備創(chuàng)完好和標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的開展，清理作業(yè)做好防護(hù)，確保裝置面貌始終保持清潔，檢修后要求按照設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行檢查和驗(yàn)收。

4.2 氨換熱器E-701更新及運(yùn)行效果對(duì)比

4.2.1 重新對(duì)換熱器計(jì)算設(shè)計(jì)

依據(jù)原換熱面積和換熱量，委托原設(shè)計(jì)人員進(jìn)行重新計(jì)算、設(shè)計(jì)、更新，增大列管壁厚，消除原列管壁厚偏薄問題 （原油冷卻器換熱列管為10#鋼，管徑￠19×2mm，壁厚僅2mm，明顯偏薄，增大至管徑3mm）,依據(jù)施工圖和施工方案，現(xiàn)場(chǎng)安裝。19年大檢修期間已實(shí)施完畢。

4.2.2 換熱器檢修前后運(yùn)行效果對(duì)比

以E-701D為例，單程堵管88根，單程共326根，泄漏率26.99%，造成冰機(jī)排氣壓力、溫度上升，循環(huán)水用量增加，換熱效果差，滿足不了生產(chǎn)需求。

正常操作規(guī)程要求：冰機(jī)排氣壓力一般為1.0－1.3MPa,排氣溫度≤80℃。

檢修前：液氨冷凝后溫度為30℃左右，冰機(jī)排氣壓力為1.4MPa左右，排氣溫度為80℃左右。

檢修后：液氨冷凝后溫度為25℃，冰機(jī)排氣壓力為1.0MPa左右，排氣溫度為70℃左右。循環(huán)水用量減少，換熱效果明顯改善。

4.3 針對(duì)換熱器E-701意見及建議

采用板式換熱器，有效提高換熱效率、減少熱損失，在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比列管式換熱器高3-5倍，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，避免列管腐蝕，且占地面積為列管式換熱器的三分之一。

將原列管式換熱器整體更新改造為板式換熱器，同時(shí)完成相應(yīng)的管線碰頭改造。委托具備相關(guān)資質(zhì)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)，更新為板式換熱器后消除原列管壁厚偏薄、場(chǎng)地占用面積大及檢修困難等問題。

根據(jù)原換熱面積和換熱量，原列管式換熱器基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：換熱面積F=437.7㎡，列管數(shù)n=1304，設(shè)計(jì)條件：壓力MPa1/2.1,溫度℃50/100,操作條件：壓力 MP0.9/1.9,溫度℃28-33/36-82.3(管程/殼程），計(jì)算得出板式換熱器性能指標(biāo)，并進(jìn)行施工圖和施工的方案設(shè)計(jì)。施工所需主要設(shè)備及材料明細(xì)見表1。

表1 項(xiàng)目主要設(shè)備及材料明細(xì)

5 氨換熱器改進(jìn)后結(jié)論

通過大檢修后運(yùn)行情況對(duì)比，在換熱量滿足工藝生產(chǎn)條件下，檢修次數(shù)降低，非計(jì)劃停車時(shí)間相應(yīng)減少，滿足裝置長周期運(yùn)行條件，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保效益。