加氫裝置高壓換熱器故障分析與維修方法

牛剛

(中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017209）

某公司加氫穩(wěn)定裝置的主要作用為上游裝置提供所需的供氫性溶劑油，其次對(duì)輕質(zhì)油進(jìn)行初步的脫硫、脫氮、脫氧及芳烴飽和處理。主要包括原料升壓和預(yù)熱、反應(yīng)、分餾等三部分。其中高壓換熱器E104為反應(yīng)工段混合氫/熱高分氣換熱器，該換熱器管程介質(zhì)為混合氫，材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti；殼程介質(zhì)為熱高分氣，材質(zhì)為1.25Cr0.5MoSi+堆焊層（E309L+E347）。

2020年4月裝置小修期間對(duì)高壓換熱器E104進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)換熱器殼程出口南側(cè)有一個(gè)長(zhǎng)約200mm、寬約80mm、深約40mm的凹坑，詳見圖一。通過(guò)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行原因分析，一是避免此類問(wèn)題再次發(fā)生，主要是針對(duì)此故障提出維修措施，為同類故障維修提供參考。

1 工藝概況

由于生產(chǎn)工況有調(diào)整，通過(guò)對(duì)故障發(fā)生前一段時(shí)間內(nèi)的原料、注水情況等進(jìn)行綜合分析，以此從工藝條件方面找問(wèn)題原因。

1.1 混合原料情況

項(xiàng) 目 日 期（4.1-4.20日）外購(gòu)油量/進(jìn)料量% 23.34%密度kg/m3 976.6 IBP℃ 199.4 10%℃ 281.4 30%℃ 305.9 50%℃ 324.7 70%℃ 348.7 90%℃ 391.3折射率硫含量ug/g 1.5461 280.8氮含量ug/g 1096.5機(jī)械雜質(zhì)含量% 0.01氧含量% -氯含量mg/L 21.5 Ca含量mg/kg 2.2 Mg含量mg/kg 0.4 Fe含量mg/kg 12.0

1.2 混合原料族組成分析

采樣時(shí)間 外購(gòu)油占比 鏈烷烴%總環(huán)烷烴% 總單環(huán)芳烴% 總雙環(huán)芳烴%總?cè)h(huán)芳烴%總四環(huán)芳烴%總芳烴%總重量%2020/4/16 21.38% 14.4 21.6 34.3 20 5.6 1.3 64 100

1.3 由于管程介質(zhì)為混合氫，裝置未有混合氫樣品分析，將新氫及循環(huán)氫分析結(jié)果列出：

循環(huán)氫分析結(jié)果:

氫氣%( ＞= 91) 甲烷% 二氧化碳% 乙烷% 氧氣+氬氣% 氮?dú)? 一氧化碳% 硫化氫% CO+H2% 氨含量ppm 93.05 1.40 0.03 0.51 0.41 4.40 未檢出 0.03 93.11 1697.78

1.4 新氫分析結(jié)果

氮?dú)? 二氧化碳ppm 氫氣% ( ＞= 99.5) 一氧化碳ppm ( ＜= 15) 氬氣% 甲烷ppm CO+CO2ppm ( ＜= 30)0.28 12.17 99.66 1.03 0.06 1.74 12.33

1.5 由于殼程介質(zhì)為熱高分氣，裝置未有熱高分氣樣品分析，其中氣體部分作為循環(huán)氫進(jìn)入系統(tǒng)，液體部分進(jìn)入冷低分后，進(jìn)入分餾系統(tǒng)。

冷低分油分析結(jié)果:

IBP℃ 10%℃ 30%℃ 50%℃ 70%℃ 90%℃ 95%℃ 密度kg/m3 70.4 123.6 187.6 242.3 274.4 312.2 336.9 872.9

1.6 注水情況

為防止高壓換熱器銨鹽析出，在E104殼程前設(shè)置注水點(diǎn)，正常生產(chǎn)期間注水為脫酚水，當(dāng)脫酚水系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，裝置改為回用水注水。

脫酚水分析結(jié)果

CODmg/L 水中油mg/L硫化物mg/L PH 6030.4 198.8 56.8 9.4二異丙基醚%二異丙基醚含量% ( ＜= 80)水中總酚mg/L揮發(fā)酚mg/L( ＜= 80) 氨氮mg/L 總堿度mg/L 0.02 0.02 327.1 44.5 217.6 927.6

回用水分析結(jié)果

PH值 電導(dǎo)率μs/cm 6.62 240.66

根據(jù)裝置負(fù)荷，混合原料性質(zhì)以及高壓換熱器壓差等因素，對(duì)E-104間斷進(jìn)行注水，注水泵出口溫度平均為32.0℃，由于該處注水沒(méi)有流量表顯示，日常只能進(jìn)行估算，E104前注水量平均值為2.63t/h，最大值為3.40t/h，最小值為2.05t/h。

2 檢驗(yàn)分析

2.1 垢樣分析

圖1 缺陷處照片

打開換熱器發(fā)現(xiàn)缺陷后，第一時(shí)間對(duì)堆積物進(jìn)行分析，經(jīng)檢驗(yàn)分析，腐蝕處物質(zhì)：氯含量（以Cl計(jì)）20.75%，銨根含量（以N計(jì))8.76%，硫化物（以S計(jì)）0.05%。根據(jù)能譜分析以及衍射分析，初步判斷堆積物主要為NH4CL。

3 原因分析

通過(guò)對(duì)以上原料以及注水情況、結(jié)垢物進(jìn)行綜合分析，主要原因?yàn)楣に嚱橘|(zhì)變化較大，注水改為回用水后CL-含量超標(biāo)，同時(shí)由于注水量不足，導(dǎo)致NH4C吸收水分形成水溶液，并對(duì)其形成酸性CL-腐蝕環(huán)境，造成NH4CL垢下腐蝕。

4 防護(hù)對(duì)策

針對(duì)腐蝕情況，嚴(yán)格對(duì)回?zé)捰虲l-濃度進(jìn)行監(jiān)控，采取增大高壓注水量的措施減少銨鹽沉積，防止發(fā)生垢下腐蝕。針對(duì)正常生產(chǎn)及生產(chǎn)波動(dòng)工況采取的措施，盡量通過(guò)換熱流程的變動(dòng)提高換熱器殼程出口溫度，防止低溫發(fā)生銨鹽結(jié)晶；二是在生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)通過(guò)改變注水位置提高換熱器殼程出口溫度，將銨鹽結(jié)晶點(diǎn)后移的措施改變銨鹽結(jié)晶位置，使得銨鹽盡量在原設(shè)計(jì)的注水位置結(jié)晶。同時(shí)對(duì)注水噴頭形式進(jìn)行了改進(jìn)，使得注入的水在管束內(nèi)均勻分布，達(dá)到?jīng)_洗目的。

5 維修方法

該換熱器材質(zhì)為1.25Cr0.5MoSi+堆焊層（E309L+E347），基材厚度34mm,堆焊層厚度7.5mm（其中表層有效厚度不小于3.2mm）,按照腐蝕缺陷厚度的不同分三種情況進(jìn)行維修。

5.1 將存在缺陷的接管與筒體整圈焊縫，及距焊縫≥200m范圍內(nèi)，表面油污、雜質(zhì)清理干凈。

5.2對(duì)上述清理區(qū)域進(jìn)行脫氫處理，以存在缺陷焊縫為中心，筒體內(nèi)部采用履帶式加熱片局部加熱，確保缺陷全部覆蓋，筒體外部用石棉氈保溫，在缺陷位置各布置l支熱電偶，工藝如下：

5.3 距存在缺陷的接管與筒體整條焊縫≥50mm范圍內(nèi)，打磨至露出金屬光澤，對(duì)整條焊縫PT, 并做好記錄。

5.4 確定缺陷具體位置，采用砂輪將缺陷全部清除并打磨與周邊金屬平緩過(guò)渡，滿足焊接條件，PT，對(duì)千基材缺陷處打磨時(shí)從兩側(cè)向中間打磨，并平緩過(guò)渡，打磨處如下圖所示。測(cè)量并記錄缺陷清除后的深度、長(zhǎng)度、寬度、厚度、位置

（一）當(dāng)缺陷清除后基層最小厚度＜34mm時(shí)，維修方法如下：

1、預(yù)熱160-250℃；

2、采用手弧補(bǔ)焊，補(bǔ)焊至圖紙要求尺寸，焊材及規(guī)范如下：

焊條：CMA-96/Φ3.2

規(guī)范參數(shù)均為：I=90-120A U=21-23V v=140-160mm/根

焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度160—300℃；

焊評(píng)：C467

焊考：SMAW-Fe‖-6G（K）-12/60-Fef3J

3、焊后立即消氫，采用加熱片加熱，工藝如下

4、補(bǔ)焊處打磨、UT、MT、CT

5、待焊面清理磨平，MT,預(yù)熱100-150℃

6、焊條電弧焊過(guò)渡層一遍，焊后緩冷，PT

焊條：H309L/Φ4

規(guī)范參數(shù)：I=130-150（A）, U=22-24（V）,v=260-280（mm/根）焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度100-150℃

7、焊條電弧焊復(fù)層

復(fù)層焊條：H34TL/Φ4

規(guī)范參數(shù)：I=l30-150 (A),U=22-24（V）,v=260-280（mm/根）

焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度≤l00℃

焊評(píng)：D960

焊考：SMAW(N12)-FeII-2G-Fef4

8、PT、UT、測(cè)厚

9、PWHT,采用履帶式加熱片局部加熱，對(duì)接管與筒體整圈焊縫進(jìn)行

局部熱處理

10、UT、PT

（二）當(dāng)缺陷清除深度4mm時(shí)，維修方法如下：

1、采用手弧補(bǔ)焊，焊材及規(guī)范如下：

焊條：H347L/Φ4

規(guī)范參數(shù)均為：I=130-150(A), U=22-24 (V),v=260-280 (mm/根）焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度≤100℃;

焊評(píng)：D960

焊考：SMAW-FeIV-6G(K)-12/60-Fef4J

2、PT、UT、側(cè)厚

（三）當(dāng)缺陷清除深度在4至7.5mm時(shí)，維修方法如下：

1、焊條電弧焊過(guò)渡層一遍，焊后緩冷，PT

焊條：H309L/Φ4

規(guī)范參數(shù)：I=130-150（A）, U=22-24(V),v=260-280(mm/根）

焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度100-150℃

2、焊條電弧焊復(fù)層

復(fù)層焊條：H347L/Φ4

規(guī)范參數(shù)：I=130-150(A),U=22-24 (V),v=260-280 (mm/根）

焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度≤100℃

焊評(píng)：D960

焊考：SMAW (Nl2)-FeII-2G-Fef4

3、PT、UT、測(cè)厚

注：焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度和線能量，焊接時(shí)嚴(yán)禁焊條擺動(dòng)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)裝置現(xiàn)場(chǎng)高壓換熱器故障分析以及維修方法的介紹，尤其是維修使用一年后再次拆檢看效果良好，為同類型設(shè)備維修方式提供了參考。