丙烯腈裝置換熱器檢修技術解析

王昱龍，梁志敏，喬永利

（中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600）

換熱器是將一種流體（通常是液體）從一端傳送到另一端的設備。換熱器主要由殼體、管板、管束、折流板、管程和殼程組成。在殼程中設有隔板，用以分隔兩種流體。折流板是換熱器的核心部件，其主要作用是將流體分成兩股或多股，以便于換熱。管束是換熱器殼體中的主要部分，通過它可以將殼體內的熱量傳遞給流體，并對流體進行加熱或冷卻。由于換熱器在設計上具有結構緊湊、傳熱效率高、結構簡單以及易于維修等優(yōu)點，目前已經(jīng)成為石油化工行業(yè)中廣泛使用的傳熱設備之一。下面對某丙烯腈裝置中換熱器檢修技術進行詳細分析。

1 換熱器腐蝕情況

在對某丙烯腈裝置中的換熱器進行檢修時，發(fā)現(xiàn)其內部存在大量的腐蝕泄漏情況，并且在換熱器的管板和管束上均有不同程度的腐蝕。其中，管板和管束上的腐蝕主要集中在換熱器管板的外側。從該換熱器換熱管板上發(fā)現(xiàn)的腐蝕情況可以看出，管板內側有大量的白色結垢，并在管板內側形成了一層腐蝕產(chǎn)物膜，這就證明了換熱器管板內側存在著嚴重的腐蝕。而管板外側的腐蝕產(chǎn)物層也較為疏松，其主要是由碳、硅等元素組成。這就表明，在該換熱器運行過程中，其內部發(fā)生了嚴重的腐蝕泄漏。為了進一步分析換熱器內部存在嚴重的腐蝕泄漏情況的原因，對該裝置中換熱器內部進行了取樣分析。經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)，換熱器內部存在著較為嚴重的腐蝕泄漏情況，主要是由于該裝置中使用的原料丙烯腈具有強腐蝕性。當丙烯腈裝置生產(chǎn)過程中遇到了某些特殊條件時（例如，原料丙烯腈在加氫精制時溫度較高），便會使得原料中含有較多的強腐蝕性成分。而在這些強腐蝕性成分進入換熱器內部后，會對換熱器內部產(chǎn)生較為嚴重的腐蝕。在對該丙烯腈裝置中換熱器內部進行取樣分析時發(fā)現(xiàn)，其管板內側存在較為嚴重的腐蝕情況。從換熱器管板內側可以看到大量白色結垢物質層，并且其腐蝕程度較大。從這些物質中還可以看到有大量類似碳和硅等元素組成的化合物存在。這些化合物主要是由碳、硅、氧、氮等元素組成。而從管板外側取樣分析結果可以看出，換熱器管板內側存在較為嚴重的腐蝕情況，且其腐蝕程度也較大，這就說明了換熱器內部存在較為嚴重的腐蝕泄漏情況。

2 換熱器材質分析

（1）根據(jù)該換熱器的使用環(huán)境和工況，分析其材質，可以發(fā)現(xiàn)在該換熱器的管箱內壁、接管外壁以及殼體內壁均存在不同程度的腐蝕。而對于換熱器的管箱和接管外壁，其腐蝕情況要比內壁嚴重得多，因此可以確定該換熱器材質為18-8Ni4Mo3Ti，屬于一種中碳鋼材料。

（2）根據(jù)《GB/T3087—2015石油化工設備腐蝕與防護》規(guī)定：在腐蝕介質中工作的設備和管道，其材料應滿足最低腐蝕要求。從該換熱器管箱的腐蝕情況來看，其主要是因為管箱內壁和接管外壁存在腐蝕導致。從該換熱器的材質來看，在化學介質中工作的設備和管道，其材料不能滿足最低腐蝕要求。

（3）從換熱器管箱和接管外壁腐蝕情況來看，其主要是由于在該換熱器使用過程中存在較高的溫度和壓力導致。在該換熱器管箱中，溫度最高可達到650℃左右，最高壓力可達到15MPa左右。因此，當設備在使用過程中，由于溫度和壓力的升高會導致管箱中產(chǎn)生大量的蒸汽、水蒸氣以及其他有害氣體，從而產(chǎn)生高溫高壓蒸汽腐蝕。并且隨著壓力的升高，也會導致管箱內壁及接管外壁產(chǎn)生較嚴重的應力腐蝕。

（4）根據(jù)《GB/T3087—2015石油化工設備腐蝕與防護》規(guī)定：換熱器應在制造過程中的溫度、壓力、介質、腐蝕介質等因素。當管箱內壁及接管外壁出現(xiàn)較嚴重的腐蝕性介質時，管箱和接管外壁很容易出現(xiàn)較大程度上的應力腐蝕。

（5）根據(jù)《GB/T3087—2015石油化工設備防腐》規(guī)定：換熱器管箱和接管外壁應設置焊接保護層。由于換熱器中存在大量的低溫介質以及蒸汽等有害氣體，如果在焊接保護層后不進行及時的清洗，那么就會導致管箱和接管外壁出現(xiàn)較嚴重的應力腐蝕。另外，當換熱器管箱或接管外壁發(fā)生嚴重腐蝕時，由于受到了較大的應力作用，很容易產(chǎn)生應力腐蝕。所以，為了防止該換熱器管箱和接管外壁出現(xiàn)應力腐蝕現(xiàn)象，應該及時地進行清洗和拆卸。

3 換熱器拆卸方案

（1）首先檢查換熱器的基本情況，包括殼程和管束的連接方式、管束的材質、管子的數(shù)量以及管子的布置形式等。（2）清洗換熱器。對換熱器進行全面的清洗，保證換熱器內沒有雜物。首先用水沖洗，再用壓縮空氣吹掃干凈。然后根據(jù)換熱器內部的實際情況，將換熱器分為若干個部位，先清洗管束和管板，然后依次清洗管程和殼程。（3）對換熱器進行除銹處理。首先使用壓縮空氣對換熱器進行全面除銹處理，然后再將除銹后的材料按照一定的比例調和，涂抹在已清理干凈的管束和殼程上。（4）焊接新管和管板。把已經(jīng)裝配好的新管管板連接在一起，在管束上涂抹一層焊劑，然后用電焊將管子固定在管板上，再對焊接部位進行打磨處理。把已經(jīng)組裝好的舊管和管板從換熱器內全部拆卸出來，然后進行檢查確認后再將其放回原位，最后在拆下來的舊管和管板上涂抹一層新焊劑，對其進行固定處理。（5）拆卸換熱器內其他零部件，并按順序將其放回原位。

3.1 對換熱器內的各部件進行檢查

（1）檢查換熱器的進出口法蘭是否存在泄漏現(xiàn)象，如有泄漏需要及時更換密封墊或密封圈，防止泄漏點擴大，造成事故。（2）檢查換熱器的各接管與管板的連接是否嚴密，如果有泄漏現(xiàn)象，則需要將管子和管板全部拆下來進行檢查。（3）檢查換熱器內的管束是否存在損壞、裂紋等現(xiàn)象，如果有應及時更換。（4）檢查換熱器內各換熱管之間的距離是否合理，如果不合理，需要及時進行調整。（5）檢查各殼程管束與管板之間是否存在泄漏情況。

3.2 對換熱器進行清洗和除銹處理

（1）使用高壓水槍對換熱器內部的換熱管和管板進行沖洗，保證管內沒有雜物。（2）使用壓縮空氣對換熱器的內部進行清洗，重點清洗換熱器管束內部和殼程內部，并使用壓縮空氣將管內吹掃干凈。（3）使用噴砂機對換熱器的管束和管板進行除銹處理，對已經(jīng)完成的除銹工作進行檢查，確認沒有遺留問題后方可進行下一步工作。（4）使用噴砂機對換熱器內的殼程進行除銹處理，重點清潔換熱器的殼程。（5）使用高壓水槍對換熱器的殼程進行沖洗，并對殼程內的污垢、雜物和油污等雜質進行徹底清理。（6）使用高壓水槍對換熱器內的管束和管板進行清洗，并對換熱器的管束和管板等設備進行除銹處理。

4 換熱器修復工藝

（1）換熱器的表面處理。拆卸換熱器的過程中，需要注意不能對換熱器的表面進行磕碰，以免對換熱器造成二次損傷。對換熱器表面進行清洗，使用無水乙醇或丙酮等清洗劑將表面的油污、銹跡清洗干凈。（2）根據(jù)換熱器的泄漏情況，制定合理的焊接工藝。首先將泄漏處打磨平整，然后用丙酮進行清洗。焊接前，要將接頭部位預熱到150℃以上。在焊接過程中，要隨時檢查焊縫的溫度，注意不要讓焊接材料產(chǎn)生過高的溫度，以免影響焊縫金屬的力學性能和組織結構。（3）換熱器焊縫處涂敷金屬防護涂層。用丙酮將焊縫處徹底清洗干凈，然后用無水乙醇或丙酮等清洗劑將焊縫處擦洗干凈，使表面干燥。如果無法擦拭干凈，可以在焊縫處涂敷金屬防護涂層。（4）換熱器焊后進行熱處理。在完成焊接工作后，要對換熱器進行熱處理，熱處理的溫度要根據(jù)不同材質確定，一般為250～300℃。熱處理主要是為了保證焊接材料在焊接后能夠擁有一個較高的機械性能和物理性能。熱處理過程中，要隨時檢查焊縫的溫度變化情況及焊口溫度情況，防止因為溫度過高或過低而造成焊縫開裂。（5）換熱器焊后進行打磨。在完成上述工序后，就可以對換熱器進行打磨處理了。如果管程和殼程之間發(fā)生泄漏現(xiàn)象時，可以將兩部分管子分別進行打磨處理。打磨完后，需要對換熱器進行清洗工作，清洗時要注意清理干凈各部件表面殘留的焊料和銹層。

5 現(xiàn)場修復過程

（1）首先對泄漏部位進行打磨處理，并用無水乙醇清洗干凈，同時將管板表面的油污清理干凈。（2）使用磨光機對泄漏部位進行打磨處理，以保證表面粗糙度。同時根據(jù)不同的材料特性選擇相應的材料作為待修復部位的涂層。對于不銹鋼材質，考慮到其抗腐蝕性較好，可直接使用不銹鋼材料進行修復，但對于不銹鋼與陶瓷材質的換熱器，建議使用有機硅材料進行涂層保護。（3）使用無水乙醇將打磨后的部位清洗干凈并晾干。（4）根據(jù)設備結構形式選擇合適的索雷碳納米聚合物材料，按照比例調和均勻，并將調和好的材料涂抹在泄漏部位。（5）調和均勻后，將調和好的材料涂抹在泄漏部位表面，厚度控制在0.5mm左右。（6）將修復部位用無水乙醇清洗干凈并晾干后，在表面刷涂SD7000脫模劑。對于陶瓷材質的換熱器，建議使用無水乙醇清洗干凈后，使用無水乙醇清洗后并晾干。（7）根據(jù)設備結構形式選擇合適的工具進行修復。對于不銹鋼材質換熱器，建議使用砂紙對泄漏部位進行打磨處理；對于不銹鋼材質換熱器，建議使用無水乙醇對泄漏部位進行清洗干凈并晾干；對于陶瓷材質換熱器，建議使用砂紙對泄漏部位進行打磨處理。（8）在安裝到位后，先進行試壓試驗，當泄漏壓力達到1.5MPa時即可安裝換熱器。安裝過程中要嚴格按照設計圖紙要求進行安裝，嚴禁超溫、超壓、超電流等操作，確保設備運行安全穩(wěn)定。（9）當試壓合格后，即可開啟換熱器閥門對換熱器內的介質進行加熱升溫至所需溫度。（10）將溫度調節(jié)至工藝要求后即可投入生產(chǎn)運行。同時對換熱器內的介質進行降溫處理，直至介質溫度降到工藝要求溫度以下即可停機。（11）設備停機后對換熱器內的介質進行全面清理并將泄漏部位清理干凈后方可打開閥門投入生產(chǎn)運行。（12）換熱器投入生產(chǎn)運行后要加強對其運行情況的監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時處理。如果發(fā)現(xiàn)換熱器內介質泄漏嚴重，要及時向相關人員匯報情況并采取相應措施進行處理。（13）在整個檢修過程中要嚴格按照操作規(guī)程及技術要求進行操作，不能因為檢修而影響生產(chǎn)的正常運行。（14）現(xiàn)場檢修完畢后，要對整個換熱設備進行全面檢查并對修復效果進行檢驗確認。

6 結語

綜上所述，本文針對丙烯腈裝置中換熱器進行了檢修技術解析，在對換熱器的檢修過程中，首先，要根據(jù)設備的結構特點制定科學合理的檢修方案。其次，要合理使用材料，由于換熱器的內部結構復雜、材質多樣、并且其應用環(huán)境較為惡劣，因此，在使用材料時，一定要注意對材料性能進行合理選擇。最后，在檢修過程中，一定要嚴格按照規(guī)范進行操作，以保證檢修質量。