急冷水冷卻器泄漏的判斷與處理

于振清

（中國石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300270）

急冷水系統(tǒng)在乙烯裝置中具有承上啟下的作用，從汽油分餾塔頂部來的裂解氣進入急冷水塔中下部，在塔內(nèi)分別由兩段循環(huán)急冷水進行冷卻，把重烴（汽油）和水分離之后，28～39℃的裂解氣進入裂解氣壓縮機系統(tǒng)。循環(huán)急冷水溫度控制在85℃左右，用來提供低位的工藝用熱，用于石腦油進料預熱器、裂解氣加熱器、脫乙烷塔再沸器、丙烯精餾塔再沸器、空氣預熱器等，最終循環(huán)急冷水被冷卻水冷卻后返回急冷水塔。循環(huán)急冷水系統(tǒng)流程詳見圖1。

圖1 循環(huán)急冷水系統(tǒng)流程

2017年2月中旬，冷卻水出現(xiàn)異味，不僅對空氣環(huán)境造成很大影響遭周圍居民投訴，同時冷卻水系統(tǒng)也因需要大量置換而影響使用；另外急冷水系統(tǒng)液位下降，也需要補入大量脫鹽水維持液位平衡。出現(xiàn)這種情況，只能說明換熱器出現(xiàn)了內(nèi)漏。

1 急冷水系統(tǒng)換熱器泄漏分析

1.1 稀釋蒸汽進料量減少

急冷水經(jīng)過工藝水汽提塔之后作為下游稀釋蒸汽罐的進料，經(jīng)稀釋蒸汽發(fā)生器發(fā)生蒸汽，再進行過熱后進入裂解爐。在裂解爐蒸汽總量沒有減少的情況下，稀釋蒸汽進料量由之前的平均40 t/h降至35 t/h左右，進入下游系統(tǒng)的物料明顯減少，說明上游系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏。

1.2 稀釋蒸汽排污量大幅減少

2017年1月下旬，稀釋蒸汽排污量出現(xiàn)異常減少，從最初的6 000 kg/h下降到500 kg/h，急冷水塔只能通過補水來保持液位平衡。

1.3 換熱器參數(shù)分析

從表1對比可以看出，EA115、EA120、EA117三臺換熱器的殼程壓力高于管程壓力；如果換熱器出現(xiàn)泄漏，只能導致系統(tǒng)排污量增加而不是減少。因此這三臺換熱器可以排除，接下來對其它四臺冷卻水換熱器進行取樣分析。

1.4 換熱器水樣對比分析

從圖2看出，EA1113換熱器出口的冷卻水中COD含量明顯高于循環(huán)冷卻水，在110 mg/L左右，其它換熱器冷卻水中的COD含量與循環(huán)水中含量基本接近，說明其它換熱器正常。因此可以判斷EA1113換熱器存在泄漏。

圖2 冷卻水換熱器COD分析

2 處理過程

由于EA1113換熱器的冷卻水側(cè)只在出口設(shè)置了一臺蝶閥，冷卻水入口沒有閥門；而急冷水入口側(cè)僅有一臺蝶閥，出口沒有閥門。由于換熱器進出口閥門不全，無法將換熱器切出處理，因此必須在線對急冷水出口側(cè)和冷卻水入口側(cè)進行帶壓封堵作業(yè)，為換熱器切出創(chuàng)造條件。

2.1 帶壓開孔作業(yè)前準備

由于冷卻水入口管線距離較短，封堵機具較大，現(xiàn)場無法施工，因此需要對地下管線進行擴挖。開挖操作坑為管線以下0.7 m，寬度3 m，封堵設(shè)備安裝方向長3 m，封堵設(shè)備安裝背面1 m的作業(yè)坑，并保證坑內(nèi)無水，做好防塌陷措施。

對開孔管線部位進行測厚，防止局部減薄而在開孔過程中出現(xiàn)較大泄漏。

2.1.1 帶壓開孔作業(yè)

在選定部位將帶有法蘭的封堵三通裝具焊至管道上進行無損檢測，同時裝具與管道的安裝應(yīng)符合設(shè)計要求。

將專門開孔及封堵作業(yè)設(shè)計的閥門在焊接好的裝具法蘭上安裝。與標準閥門相比，它具有較短的結(jié)構(gòu)和較大的通徑，較短的結(jié)構(gòu)可以減少開孔機具和封堵器的行程，而較大的通徑可以滿足開孔和封堵的要求。

將開孔機前端事先安裝好開孔刀、導向鉆及連箱后整體安裝在閥門上，確認所有安裝無誤、密封可靠后將閥門開至最大，即可進行鉆孔作業(yè)。鉆孔過程中要隨時調(diào)節(jié)，防止鉆桿受力過大彎曲或折斷。

帶壓開孔完成后緩慢退回螺桿，提升鉆桿和鉆頭，取出切割的管線，使鉆頭順利退出至閥門的上密封面，后關(guān)閉閥門。

2.1.2 帶壓封堵作業(yè)

使用封堵機具安裝封堵設(shè)備。將封堵器下放到位，打開夾板閥往下送封堵頭，送到位后進行封堵，把管段封死，利用泄壓孔將管線余壓引到安全位置。

封堵設(shè)備安裝后，系統(tǒng)被有效隔離，此時可以對隔離出的管線進行切割、安裝閥門的作業(yè)。（急冷水管線中油含量較高，在施工焊接過程中要做好管線的工藝處理）當新閥門安裝后，將封堵器進行解封，然后將封堵頭收回到連箱內(nèi)，關(guān)閉閥門。

吊裝下堵器，打開夾板閥，送入塞堵板，利用橡膠條密封把管線內(nèi)的壓力封死，拆除夾板閥和下堵器。將連箱內(nèi)壓力卸為零，將下堵器安裝在夾板閥上進行塞堵，后將夾板閥拆除，安裝好盲法蘭蓋，施工結(jié)束。

2.2 換熱器切出檢修

2017年3月6日對EA1113換熱器急冷水側(cè)以及冷卻水側(cè)增加隔離閥門后，成功將換熱器切出。換熱器切出后，避免了急冷水泄漏到循環(huán)冷卻水中，循環(huán)水水質(zhì)得到了保證。另外，補水閥關(guān)閉以后脫鹽水量恢復正常；急冷水塔液位明顯上漲，排污量、循環(huán)水中COD含量也恢復至正常水平，詳見圖3。

圖3 四臺急冷水冷卻器的COD跟蹤分析數(shù)據(jù)

3 換熱器泄漏分析

3.1 酸、堿對換熱器的腐蝕

原料在裂解過程中會有大量的酸性物質(zhì)產(chǎn)生，這些酸性物質(zhì)包括有機酸和無機酸，夾在裂解氣含水凝液中呈現(xiàn)較高酸性，與鐵反應(yīng)會對設(shè)備造成腐蝕。

為了緩解酸性物質(zhì)對系統(tǒng)的腐蝕，傳統(tǒng)的處理方法是加入NaOH中和，一旦控制不好PH值過高，還會造成堿性腐蝕。

3.2 沉積物導致的電化學腐蝕

換熱管表面在媒介無阻礙流動時不會有沉淀存在，反之就會形成沉積物。部分部位會因為沉積物不連續(xù)不牢固且不均勻而出現(xiàn)裂縫和間隙，電化學腐蝕則因為縫內(nèi)、外氧含量的差異而產(chǎn)生。從換熱管表面的水垢可以看出循環(huán)冷卻水水質(zhì)較差，如圖4所示，因此出現(xiàn)電化學腐蝕不可避免。

圖4 換熱器檢修前

3.3 換熱器運行周期過長

EA1113換熱器已經(jīng)連續(xù)運行22年，由于長期在工藝條件苛刻的情況下運行，使用壽命已到極限（設(shè)計腐蝕裕量是3 mm），從換熱器試壓情況看，換熱器存在較多的泄漏點，詳見圖5。

圖5 試壓后的換熱器管束

4 改進措施

4.1 對于使用時間較長的循環(huán)水換熱器制定更換計劃

對所有在用的循環(huán)水換熱器進行梳理，上報備件，利用裝置檢修機會對換熱器進行更換，并在新?lián)Q熱器管束的內(nèi)、外表面做好防腐處理。

2020年5月利用裝置檢修的機會，對EA113、EA114兩臺急冷水循環(huán)冷卻器進行整體更換；同時為了便于換熱器在線切出，在EA113管程的急冷水出口、入口和殼程的冷卻水入口加裝了隔離閥門。

4.2 循環(huán)水換熱器預膜處理

換熱器檢修完畢后，在封頭內(nèi)安裝鋅塊或鎂塊作為陽極保護。由于鋅、鎂塊比碳鋼活潑，先被腐蝕，從而保護碳鋼設(shè)備在一定時期內(nèi)免受腐蝕。

裝置檢修結(jié)束，循環(huán)水換熱器投用時，首先在循環(huán)水中分別加入分散劑、緩蝕劑，對換熱器管束內(nèi)進行預膜處理，同時調(diào)整PH值在5.5～7.0。

4.3 嚴格控制好急冷水、冷卻水的品質(zhì)，減少腐蝕

將急冷水、循環(huán)水的各項工藝防腐控制指標納入工藝卡片管理，編制工藝防腐月報。

5 結(jié)論

換熱器泄漏而又無法切出檢修會導致整套裝置停工，不僅關(guān)系到裝置能否長周期運行，影響生產(chǎn)的經(jīng)濟性，還常常威脅到其它設(shè)備的安全運行，甚至引起嚴重的設(shè)備損害事故。裝置停工還會消耗大量的人力、物力、財力。帶壓開孔、帶壓封堵技術(shù)的應(yīng)用確保了在不影響系統(tǒng)正常運行的情況下可以加裝隔離閥門，保證換熱器可以正常切出檢修。這不僅避免了裝置為檢修換熱器而停工帶來的物料損失，又避免了裝置因停產(chǎn)引起的火炬大量排放對周圍環(huán)境造成的影響。由于帶壓開孔、帶壓封堵技術(shù)具有一定危險性，因此必須制定詳細計劃、周密部署以及切實可行的施工方案方可實施。