一起空分高壓換熱器泄漏事故處理過程的研究

趙 偉

(河南省中原大化集團有限責任公司， 河南濮陽 457000)

1 設備概況

河南省中原大化集團有限責任公司空分廠采用杭州制氧機集團股份有限公司設計生產(chǎn)的KDON-52000/61100型空分裝置，該裝置采用內(nèi)壓縮工藝技術,包括大型離心式空氣壓縮機技術、常溫分子篩凈化技術、增壓透平膨脹機技術、填料型上塔技術、全精餾無氫制氬技術、液氧泵液氮泵增壓技術。該裝置所產(chǎn)的純度大于99.6%的氧氣提供給殼牌煤氣化裝置，氮氣為惰性氣體輸送給氣化裝置和甲醇裝置，氬氣為副產(chǎn)品，設計空氣體積流量為279 000 m3/h。

空分裝置2臺高壓換熱器的型式為鋁制板翅式換熱器，在高壓換熱器中對經(jīng)分子篩吸附器除去水分和二氧化碳的高、中、低壓空氣進行冷卻，液氧、液氮和污氮氣等返流氣在高壓換熱器內(nèi)被加熱到常溫。

2 高壓換熱器流程

壓縮機高壓缸三段送出的6.9 MPa高壓空氣和膨脹機增壓端送出的3.85 MPa中壓空氣進入高壓換熱器，與返流的高壓液氧、高壓液氮及污氮氣換熱。高壓空氣出換熱器時為-161 ℃的高壓液空，然后通過節(jié)流閥節(jié)流變?yōu)?171 ℃的液空混合物直接進入下塔參與精餾；膨脹空氣從高壓換熱器中抽出，換熱后變?yōu)?118 ℃的膨脹空氣進入膨脹機入口；高壓5.2 MPa液氧在高壓換熱器內(nèi)閃蒸后變?yōu)?.2 MPa、25 ℃以上的高壓氧氣；高壓8.2 MPa液氮在高壓換熱器內(nèi)閃蒸后變?yōu)?.15 MPa、25 ℃以上的氮氣；從上塔來的污氮氣在高壓換熱器內(nèi)復熱至25 ℃以上進入水冷塔。

3 泄漏發(fā)現(xiàn)過程

2019年7月10日上午，現(xiàn)場操作人員巡檢發(fā)現(xiàn)高壓換熱器冷箱頂部安全閥冒冷氣，打開頂部人孔檢查發(fā)現(xiàn)珠光砂有吹動現(xiàn)象，判斷為冷箱內(nèi)有泄漏情況。立即進行冷箱內(nèi)氧氣體積分數(shù)分析，結果為20.9%，初步排除氧氣、氮氣等危險氣體泄漏；檢查冷箱外觀確認無結霜、噴砂、開裂等異常現(xiàn)象，系統(tǒng)壓力未出現(xiàn)快速下降或無法維持的情況，冷箱基礎溫度無異常，排除低溫液體或氣體泄漏的可能。由此基本可確定泄漏點在高壓空氣、低壓空氣或膨脹空氣流路中[1]。經(jīng)公司專題會議研究決定待后續(xù)工段(如煤氣化裝置等)安全停車后，空分裝置立即停車檢修。

2019年7月11日，空分裝置開始停車，逐步進行退氣、排液、加溫、扒砂等工作。2019年7月14日高壓換熱器冷箱扒砂完畢，對高壓換熱器進行了全面檢查，共發(fā)現(xiàn)4處泄漏點(見圖1)：漏點1為高壓換熱器A中壓空氣出口封頭上方與換熱器本體連接處；漏點2為高壓換熱器A低壓空氣入口封頭上方與換熱器本體連接處；漏點3為高壓換熱器B低壓空氣入口封頭上方與換熱器本體連接處；漏點4為高壓換熱器B高壓氮氣出口正下方對應的換熱器本體中間縱向焊縫西側相應焊縫。

(a) 泄漏點1

4 處理措施

由于現(xiàn)場不具備修復條件，故決定將高壓換熱器送至開封空分集團有限責任公司(簡稱開空公司)進行修復。在開空公司修復了中間拼接焊縫和所有漏點，更換了高壓換熱器A中壓空氣出口封頭、低壓空氣入口封頭，處理完畢后進行了水壓試驗、烘干通道、氣密試驗、掛U管檢查高壓換熱器通道等工作。

經(jīng)過維修和檢測合格后，2臺高壓換熱器返回空分廠現(xiàn)場，切割盲頭。隨后2臺高壓換熱器吊入冷箱，管線對口，框架和冷箱板復位，空分廠制定了嚴格的管線吹掃施工流程，對每道焊口實行“一口一牌”確認制度。對所有管線進行吹掃，徹底將鋁屑清理出系統(tǒng)，經(jīng)確認管線和高壓換熱器內(nèi)干凈無異物后，使用氬弧焊焊接管線和設備。

施工過程按照GB 50677—2011 《空分制氧設備安裝工程施工與質量驗收規(guī)范》、GB 50184—2011 《工業(yè)金屬管道工程施工質量驗收標準》和GB 50235—2010 《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》要求進行質量管控，高壓換熱器安裝完畢后，空分廠對高壓換熱器進行常溫充壓查漏及裸冷檢查。裸冷中冷卻整個空分裝置，直至達到平衡溫度，使所有設備管道處表面都結上白霜，并保持3～4 h[2]，最終確認無漏點。

5 檢修后開車運行情況

2019年8月27日11:00：00空分裝置開車，2019年8月29日00：00:00產(chǎn)出合格氧氣、氮氣產(chǎn)品。

檢查高壓換熱器冷箱未發(fā)現(xiàn)珠光砂翻動等異?，F(xiàn)象；分析高壓換熱器冷箱內(nèi)氧氣體積分數(shù)，結果為5.1%，符合冷箱氣封氣為污氮氣的特點；冷箱壓力為165 Pa，且壓力指示穩(wěn)定;冷箱基礎溫度指示為-11 ℃，系統(tǒng)各壓力穩(wěn)定。通過裝置開車檢驗各項指標表明本次高壓換熱器檢修合格。

6 原因分析

通過對比高壓換熱器幾處泄漏點位置，可以發(fā)現(xiàn)幾處泄漏點均分布于高壓換熱器中間拼縫上下。高壓換熱器由于設計制造原因，東西兩側中部存在一條縱向拼接的焊縫，東側焊縫穿過高壓氮氣出口封頭、中壓空氣出口封頭和低壓空氣出口封頭，西側焊縫穿過中壓空氣入口封頭、低壓空氣入口封頭和高壓液氮入口封頭[3]。

由于開停車時溫度的急劇變化極易導致設備伸縮不均，拼接焊縫這一薄弱部位先被撕裂，雖然此焊縫內(nèi)并無流體通道，但是與焊縫相連的中壓空氣出口封頭、低壓空氣入口封頭等處均易被開裂錯位的拼縫拉扯而出現(xiàn)泄漏，3.85 MPa的中壓空氣通過泄漏點高速噴出，吹動周圍的珠光砂猛烈打磨高壓換熱器本體，導致泄漏點不斷擴大[4]。

7 預防措施

(1) 增加冷箱氣封壓力和氧含量分析在線表，引入空分裝置集散控制系統(tǒng)(DCS)操作畫面，及時監(jiān)控冷箱內(nèi)壓力和氧含量變化。

(2) 增加高、低壓換熱器冷箱內(nèi)溫度測點，及時發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)可能出現(xiàn)的泄漏情況。

(3) 增加冷箱頂部視頻監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)冷箱盲區(qū)可能出現(xiàn)的異常情況。

(4) 要求操作人員對溫度和壓力調整幅度嚴格按操作規(guī)程要求執(zhí)行，嚴禁超溫超壓或溫度壓力急劇變化。

8 結語

板翅式換熱器作為一種高效換熱器型式，在空分及其他化工行業(yè)中應用較為廣泛。經(jīng)本次檢修后，該空分裝置已安全運行近2 a，筆者通過對此次空分高壓換熱器泄漏的處置過程和增加的監(jiān)控預防措施進行分析，希望為國內(nèi)外同類型裝置在遇到類似問題時提供參考。