氯氣透平機(jī)級(jí)間冷卻器泄漏及應(yīng)對(duì)措施

王陸軍，陳樹風(fēng)

(新浦化學(xué)(泰興)有限公司，江蘇 泰興 225400)

新浦化學(xué)(泰興)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“新浦化學(xué)”)是新加坡新浦化學(xué)私人有限公司全資子公司，成立于1995年12月30日。經(jīng)過6次擴(kuò)建，新浦化學(xué)離子膜法燒堿裝置產(chǎn)能達(dá)到75萬t/a。為降低能耗，新浦化學(xué)淘汰了能耗高的一期單極槽和二、三期強(qiáng)制循環(huán)復(fù)極槽燒堿裝置，新建了15萬t/a(七期)燒堿裝置，2021年5月該裝置順利投產(chǎn)。在氯氣處理工序中，氯氣透平壓縮機(jī)是承載著向下游氯乙烯裝置和液化單元供氯的關(guān)鍵設(shè)備，一旦氯氣透平機(jī)發(fā)生問題，就會(huì)導(dǎo)致燒堿裝置停車。四、五、六期燒堿裝置運(yùn)行十多年來，氯氣透平壓縮機(jī)控制系統(tǒng)和油系統(tǒng)相對(duì)較穩(wěn)定，級(jí)間冷卻器管束泄漏是導(dǎo)致氯氣透平壓縮機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因。如何保證透平機(jī)級(jí)間冷卻器零泄漏，成為重點(diǎn)攻關(guān)的問題。

1 級(jí)間冷卻器冷卻工藝

新浦化學(xué)氯氣輸送采用的是德國西門子氯氣透平壓縮機(jī)3VRZ 250/430/11 G，配用550 kW電動(dòng)機(jī)，三級(jí)壓縮、三級(jí)冷卻，氯氣出口壓力4.570×105Pa(絕對(duì)壓力)，1臺(tái)即能滿足15萬t/a燒堿裝置氯氣壓縮需要，3臺(tái)級(jí)間冷卻器使用循環(huán)水冷卻，循環(huán)回水進(jìn)入循環(huán)水緩沖罐，再由循環(huán)水輸送泵輸送至無壓回水管網(wǎng)至公用工程循環(huán)水單元。圖1為技改前透平機(jī)級(jí)間冷卻器冷卻系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖，主要設(shè)備有循環(huán)水緩沖罐和循環(huán)水輸送泵。

圖1 技改前透平機(jī)級(jí)間冷卻器冷卻系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖

2 級(jí)間冷卻器泄漏原因

2.1 級(jí)間冷卻器的制造參數(shù)

新浦化學(xué)氯氣透平機(jī)級(jí)間冷卻器采用管殼式列管冷卻器,面積92 m2；殼程材質(zhì)16MnR,設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度120 ℃；管程材質(zhì)16MnR(涂層為高溫環(huán)氧改性漆酚酞防腐涂料)，設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度120 ℃;冷卻器列管574根，規(guī)格Φ19×2×3 000。運(yùn)行過程中，新浦化學(xué)四、五、六期裝置的氯氣透平機(jī)均出現(xiàn)過級(jí)間冷卻器內(nèi)漏的故障，典型案例是：在2018年六期燒堿裝置大修后開車過程中氯氣透平壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器內(nèi)漏，導(dǎo)致透平機(jī)葉輪損壞。

2.2 級(jí)間冷卻器泄漏的主要原因

(1)本體制造過程中由于質(zhì)量問題造成的滲漏，主要體現(xiàn)在管束和管板、管板和殼體連接制造缺陷，焊接過程中存在氣孔、弧坑夾渣和焊瘤等,還有個(gè)別管束本身有一些細(xì)微缺陷，管束在涂層過程中內(nèi)壁有流墜、皺皮、滴掛、開裂，造成后續(xù)使用過程中滲漏。

(2)級(jí)間冷卻器管束與管板、折流板之間存在一定間隙，在生產(chǎn)過程中，壓縮氣體對(duì)管束沖擊力很大，導(dǎo)致涂層脫落，列管管壁薄，材質(zhì)疲勞強(qiáng)度低，當(dāng)這種沖擊達(dá)到一定的限度，個(gè)別管束的最薄弱處或受疲勞應(yīng)力最大處便發(fā)生疲勞斷裂而泄漏。

(3)氯氣含水也是級(jí)間冷卻器在正常生產(chǎn)過程中突發(fā)滲漏的原因。上游氯氣處理工序中，由于工藝控制異常和設(shè)備故障，氯氣與水反應(yīng)，產(chǎn)生酸腐蝕、氧化腐蝕，冷卻器管束外壁及殼體內(nèi)壁造成損壞，直至穿孔[1]。

(4)公用工程循環(huán)水是造成級(jí)間冷卻器滲漏的主要原因。一方面循環(huán)水中余氯超標(biāo)或呈酸性直接腐蝕級(jí)間冷卻器管束內(nèi)壁，以至穿孔、滲漏；另外，為避免冷卻水進(jìn)入氯氣系統(tǒng)，工藝控制要求冷卻水側(cè)壓力小于氯氣側(cè)壓力，一級(jí)冷卻器水側(cè)壓力≤0.05 MPa，二級(jí)冷卻器水側(cè)壓力≤0.15 MPa，三級(jí)冷卻器水側(cè)壓力≤0.3 MPa，一級(jí)冷卻器循環(huán)水流速較低(0.67 m/s)，而循環(huán)水中含有泥沙等雜質(zhì)，造成垢下腐蝕，導(dǎo)致管束內(nèi)壁穿孔、滲漏。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 冷卻器現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造

氯氣透平機(jī)級(jí)間冷卻器選定制造廠家后，在技術(shù)協(xié)議中明確設(shè)備制造技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造管理要求，在設(shè)備制造各個(gè)重要環(huán)節(jié)，新浦化學(xué)安排專業(yè)人員到設(shè)備制造廠對(duì)級(jí)間冷卻器制造過程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造，采用渦流檢測(cè)、旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)、內(nèi)窺鏡和測(cè)厚等方法，檢查管束本體、管束和管板焊接過程中是否存在缺陷，涂層厚度是否滿足技術(shù)指標(biāo)。

3.2 增大級(jí)間冷卻器折流板厚度，并定期檢查管束

在設(shè)計(jì)時(shí)，增大級(jí)間冷卻器折流板的厚度，減小管束與折流板管孔的間隙，折流板材質(zhì)硬度應(yīng)比管束材質(zhì)硬度高，并加大管壁厚度。

將級(jí)間冷卻器冷卻側(cè)管束的檢查列入大修檢查項(xiàng)目，使用內(nèi)窺鏡、旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)裝置檢查管束使用情況，發(fā)現(xiàn)缺陷提前堵漏或提報(bào)備用設(shè)備，避免正常生產(chǎn)過程中級(jí)間冷卻器泄漏導(dǎo)致設(shè)備損壞而使裝置停車，將企業(yè)的損失降至最低。

3.3 增設(shè)氯氣中水分在線檢測(cè)儀

在氯氣透平壓縮機(jī)進(jìn)口和一級(jí)冷卻器氯氣出口各安裝1臺(tái)氯氣水分在線檢測(cè)儀，并設(shè)置報(bào)警、聯(lián)鎖。在日常管理中，嚴(yán)格控制干燥系統(tǒng)硫酸濃度和氯氣壓縮過程中的水分，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處置，避免氯氣含水超標(biāo)對(duì)級(jí)間冷卻器殼程的腐蝕。

3.4 冷卻系統(tǒng)改善

將氯氣透平壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器冷卻水改為純水閉式循環(huán)。在氯氣透平機(jī)級(jí)間冷卻器循環(huán)水總管上增加一個(gè)蝶閥，隔開現(xiàn)有循環(huán)上水系統(tǒng)，在循環(huán)水緩沖罐上接1根純水管道，用于日常補(bǔ)水。在閉式水循環(huán)管線緩沖罐附近新增2臺(tái)板式冷卻器，用于冷卻閉式循環(huán)水。新增板式冷卻器冷卻水來自氯處理循環(huán)上水管網(wǎng)，冷卻回水送至原循環(huán)水泵出口去循環(huán)回水(無壓回水)管網(wǎng)至公用工程循環(huán)水單元。圖2為技改后透平機(jī)級(jí)間冷卻器冷卻系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖，主要設(shè)備有閉式水冷卻器、閉式水循環(huán)泵(利舊)和閉式水緩沖罐(利舊)。

圖2 技改后透平機(jī)級(jí)間冷卻器冷卻系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖

氯氣透平機(jī)級(jí)間冷卻器由循環(huán)水冷卻改為純水閉式循環(huán)冷卻后，在閉式水緩沖罐內(nèi)沖擊投加殺菌劑和緩釋劑，消殺系統(tǒng)內(nèi)可能存在的微生物，保證系統(tǒng)的清潔，對(duì)冷卻器形成良好的保護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。閉式水水質(zhì)控制pH值為8.5～10.5，電導(dǎo)率≤5 000 μS/cm，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)<2×10-6，濁度<10 NTU。

在閉式水循環(huán)泵出口管道上增加ORP、pH在線檢測(cè)儀[2]，對(duì)閉式水的ORP、pH值進(jìn)行檢測(cè)，并把檢測(cè)信號(hào)送至DCS，便于操作人員隨時(shí)了解閉式循環(huán)水的變化情況，有異常時(shí)及時(shí)處置。

4 結(jié)語

采取以上措施后，新浦化學(xué)近3年來未再發(fā)生壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器滲漏導(dǎo)致裝置停車的事故。氯氣透平壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器的滲漏是個(gè)綜合性的問題，要針對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行認(rèn)真分析、總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改善，防患于未然，保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。