凝結(jié)水回收管系泄漏原因與治理

馬建生 谷牧原 王旭

摘要：某公司重油催化裂化裝置凝結(jié)水回收管系日常運行多發(fā)泄漏，導致日常高風險搶修作業(yè)頻次較高，且需工藝調(diào)整用汽及切換排放等配合作業(yè)，影響生產(chǎn)平穩(wěn)運行。本年度為消除該項運行隱患，公司組織了專項攻關(guān)，進行泄漏治理。本文通過對歷年泄漏情況進行總結(jié)分析，對因凝結(jié)水管系介質(zhì)來源復雜、難以控制導致氣液相混合沖刷進而引發(fā)泄漏的原因進行了分析，并針對性的從工藝及設備兩個方向提出了對應的治理手段。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水回收;泄漏;治理

0 前言

某公司重油催化裂化裝置凝結(jié)水回收管系運行情況關(guān)系到本裝置低溫熱水系統(tǒng)運行平穩(wěn)，進而影響到上下游多套裝置的供暖、伴熱等系統(tǒng)運行，也涉及到大量的水汽資源回收。近年運行中，該管系頻發(fā)泄漏，導致大量日常高風險搶修作業(yè)，一方面日常維修成本居高不下且安全風險較高，一方面生產(chǎn)運行常因泄漏被迫調(diào)整，同時也浪費了大量可以回收的水汽資源。因此，分析該管系泄漏原因并制定實施相應治理措施對整個低溫熱系統(tǒng)的可靠運行和降低日常搶修作業(yè)頻次及風險意義重大。

1 凝結(jié)水回收管系運行情況

該公司重油催化裂化裝置凝結(jié)水管系主要由三部分組成，一是來自下游重整裝置的凝結(jié)水管路（DN100），二是來自本裝置污水汽提單元的重沸器凝結(jié)水及伴熱回汽凝水（DN100），此二路水汽于污水北側(cè)管廊處匯合后進入主線（DN200）后行進至穩(wěn)定單元北側(cè)管廊，與第三路即來自穩(wěn)定單元重沸器及分餾穩(wěn)定單元伴熱回汽凝水（DN80）匯合，一路至熱力站，與各路冷源換熱后進入凝結(jié)水罐。自裝置于2014年改造投產(chǎn)后，該管系累計發(fā)生各類泄漏14次，集中在彎頭及彎頭后部鄰近直管段。凝結(jié)水管系示意圖見圖1。凝結(jié)水管系各路來源參數(shù)及泄漏情況統(tǒng)計見表1。

2 管系泄漏原因分析

2.1 氣液共沸導致的沖刷腐蝕

從凝結(jié)水各路來源情況可以看出，各支路進入管系的溫度、壓力、流量皆不相同，且內(nèi)部物態(tài)、流相較為復雜，日常運行期間常發(fā)水擊現(xiàn)象，判斷導致該管系頻發(fā)泄漏的主要原因為氣液混合態(tài)的凝結(jié)水對管系彎頭、三通等部位持續(xù)集中沖刷腐蝕，導致管壁減薄發(fā)生泄漏。

裝置內(nèi)凝結(jié)水來源為1.0MPa蒸汽、3.5MPa蒸汽經(jīng)重沸器或伴熱后匯合而成，最終進入壓力為常壓的凝結(jié)水回收罐，在該壓力差下，高壓飽和凝結(jié)水在流動過程中將不斷汽化，內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。氣泡在流體夾帶下會產(chǎn)生氣泡沖刷腐蝕，會使沖刷腐蝕變得嚴重。直管段中，氣泡在流體中很難與管壁發(fā)生碰撞，但在三通與彎頭部位，由于流場瞬間變化復雜，氣泡與管壁碰撞潰滅的概率極大的增大，氣泡的爆破處會引發(fā)流體沖向管壁。研究證明，氣泡破裂時產(chǎn)生的沖擊波壓力可達40MPa，形成高速射流，不僅破壞金屬保護膜，引起塑性形變，消磨金屬晶間原子、甚至撕裂金屬粒子，使彎頭、三通等管件減薄泄漏。泄漏部位情況見圖2.

從圖2中可見，沖刷腐蝕導致彎頭弓背部位多見局部馬蹄型金屬缺失，穿孔部位周圍粗糙疏松，未見明顯銹蝕分布。充分說明導致泄漏的原因為氣液混合相的凝結(jié)水高速沖刷所致。

2.2 工藝控制的不斷變化與調(diào)整導致管系內(nèi)物態(tài)極不穩(wěn)定

裝置凝結(jié)水管系來源既有本裝置各單元重沸器冷凝水，也有其他裝置冷凝水，還有裝置各路水汽伴熱的冷后回水;既有1.0MPa蒸汽凝水，也有3.5MPa蒸汽凝水。工藝生產(chǎn)的使用和調(diào)整，以及伴熱系統(tǒng)冬季投用其他季節(jié)切除等不斷的調(diào)整影響，導致進入回收管系的介質(zhì)狀態(tài)不斷變化，物態(tài)、流場極不穩(wěn)定，加劇了對管壁的沖刷腐蝕。

2.3 彎頭等部位的特殊受力

觀察可知，泄漏集中于彎頭、三通及其附近管段部位，其他直管段未見沖刷泄漏，測厚也無明顯減薄?？芍獜濐^等部件的特殊受力，導致了沖刷腐蝕的集中發(fā)生。彎頭角度越大，沖刷作用也越強。沖力的大小與流體流速和管內(nèi)壓力成正比，即流速越快，沖力越大，介質(zhì)對管壁的作用力就越大，對材料的沖刷腐蝕就越嚴重。隨著彎頭曲率半徑的增加，沖蝕程度呈現(xiàn)先減弱后緩慢增加趨勢，在R=3D時，對管道的沖蝕作用最弱。

3 結(jié)論與建議

綜合以上分析，凝結(jié)水回收管系泄漏的主要原因為由于管系前后壓差、溫差變化，來源復雜的水汽在管系內(nèi)存在氣液共沸形態(tài)，高速流動中，對管壁不斷的沖刷腐蝕導致管壁減薄泄漏，在彎頭等特殊受力部件處，尤其明顯。因此，針對以上原因，提出如下幾點解決措施：

（1）組織工藝、設備專業(yè)共同討論對凝結(jié)水系統(tǒng)來汽狀態(tài)復雜問題進行技措立項解決，依據(jù)實際情況提出設計委托，對凝結(jié)水系統(tǒng)來汽處理方面進行改造，采取增設冷卻器、分液罐、疏水器、更換散熱性能優(yōu)異的翅片管等方式重點解決汽水分離問題;

（2）針對支線與總線匯合后總線流速明顯升高部位，通過設計核算在確保有效輸送的前提下，可采取管線擴徑的方式降低流速，減輕對管系的沖蝕;

（3）于停檢期間，對凝結(jié)水系統(tǒng)三通、彎頭、截止閥及前后各1米直管段部分進行材質(zhì)升級并選用厚壁結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)行經(jīng)驗，將原20#材質(zhì)升級為不銹鋼316L，同時對易泄漏部位可改為法蘭連接，減少在線動火頻次;

（4）對于DN50以下回汽支線，在無法增上冷卻設施或凝結(jié)水分液罐的情況下，增加疏水器等疏水設施，并在前后設置截止閥，以便于對疏水設施進行檢查維護;

（5）日常運行中加強對凝結(jié)水系統(tǒng)管線、彎頭、三通等部分定點測厚監(jiān)控，壁厚減薄至原壁厚20%～30%時，應提前采取更換減薄部位管線、管件或在線補強等處置方式，保證運行安全。

總之，解決凝結(jié)水回收管系泄漏是一項較為龐雜的工程，需要從工藝操作源頭出發(fā)，解決水汽混合相態(tài)問題，需要綜合考慮調(diào)整工藝流程、優(yōu)化材質(zhì)選型等各個方面的因素，才能最終解決凝結(jié)水回收管系頻繁出現(xiàn)泄漏的問題。

參考文獻

1 李強，唐曉，李焰 ?沖刷腐蝕研究方法進展[J].中國腐蝕與防護學報，2014，34（05）：399-409

2 朱娟，張喬斌，陳宇，張昭，張鑒清，曹楚南 ?沖刷腐蝕的研究現(xiàn)狀[J].中國腐蝕與防護學報，2014，34（03）：199-210

（大連石化公司，遼寧大連 116031）