甲醇洗绕管式换热器泄漏原因及处理措施

张雪丽,杨秀玲

新疆广汇新能源有限公司,新疆哈密伊吾839300

摘要：绕管式换热器是一种新型高效的换热设备，目前较多应用于化工领域的深冷装置，其结构紧凑，单位容积传热面积大，可将几股工艺物料同时冷却或加热，且冷热端温差小，换热效率高，冷量的回收较为彻底，在低温甲醇洗装置中还可以减少甲醇的循环量，降低水、电、冷量和蒸汽的消耗，因此备受青睐。绕管式换热器对换热管要求高，管子长，对接质量高，绕制工艺复杂，且处于装置的关键部位，若发生泄漏，则整套装置需要停工。重造一台设备至少需要半年时间，企业损失将非常严重。实际运行过程中，绕管式换热器受制造过程、材料选用、工艺条件、操作管理等多种因素影响而导致的泄漏问题比较突出。排查换热器泄漏原因，从根本上解决换热器泄漏问题显得至关重要。

关键词：低温甲醇洗；绕管式换热器；泄漏

引言

我国20世纪70年代末引进的大化肥装置中采用德国林德公司低温甲醇洗工艺单元中各有6台绕管换热器:90年代初引进的德国鲁奇公司低温甲醇洗工艺单元中各有2台绕管换热器;由于我国尚未掌握绕管换热器的设计和制造技术，这些引进的装置中绕管换热器完全依赖国外进口，设备的费用昂贵。并且随着我国合成氨工业的发展，对低温甲醇洗装置的需求量增加，对现有装置进行技术改造实现增产的要求也与日剧增，在此形势下通过国内科研、设计和制造单位的努力，该类设备已实现国产化。

１绕管换热器技术介绍

绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热器，具有可承受高压、换热效率高、端面换热温差小（低于２℃）等特点，最初主要应用于大型天然气液化工厂、空气分离装置、大型化肥合成氨装置及天然气凝液回收装置等，取得了良好的换热效果。因此，这些年来逐渐推广应用至天然气处理工艺系统。从传热原理上划分，绕管式换热器是一种间壁式管式换热器，主要由芯筒、换热管和外筒组成，分为管程和壳程。管程空间是指换热管内部空间。为了提高换热器系数，每层换热管的缠绕方向均与相邻层相反，并由垫条和管卡分隔固定。壳层空间指外筒与换热管和芯筒之间形成的环形空间，被换热管缠绕层分隔成间距仅为１～２ｍｍ的狭小空间。管程和壳程空间的有效流通面积可通过改变换热管缠绕层数进行调整。绕管式换热器由于工作环境温度变化范围大、使用压力高，因此金属材料一般选用不锈钢或低温合金钢。而传热管的材料则根据实际工作压力、温度及介质的性质进行选型，较为常用的是钢管、不锈钢管、铜管和铝管。绕管换热器主要具有如下优势：（１）体积小、重量轻、结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积，对管径８～１２ｍｍ的传热管，每立方米容积的传热面可达１００～１７０ｍ２。（２）流动阻力小，压降低，可承受高压。（３）传换热效率高，温度端差小，回收热（冷）量充分。（４）温差应力自补偿、抗热冲击性能强，可作为大型化换热器使用。（５）管、壳程各种介质之间不存在压差、温差限制的要求，不仅提高了换热器的工艺适应性，同时降低了工艺操作的难度。（６）可用于多种介质同时换热。尤其是多通道绕管式换热器在进行多种介质同时换热时，具有受热分配均匀的优点。（７）易于实现大型化，可以单台替换多台列管换热器，优化换热网络，不仅降低工艺系统动力损耗（压缩机、泵等），还可以减少配管框架及场地等投资。

2甲醇洗绕管式换热器泄漏原因

管式换热器的换热管和管板多由不同种金属加工制作而成，各换热管在管板的管口处一般采用胀管工艺（少部分采用焊接或先胀后焊工艺）连接，该部位是泄漏故障的高发区，主要有以下几个原因：（1）换热器运输或抽装时受到外力冲击，破坏了换热管胀口处的气密连接。（2）换热管固有振动频率接近设备运行频率（或倍频）、气体流速造成换热管共振等均会造成以固定部位（管板）为支点不断循环而产生应力，从而导致疲劳破损。（3）设计缺陷。原设计中E-3100X03换热后温度为22℃，故未设计喷淋甲醇。喷淋甲醇的目的是利用甲醇与水完全互溶形成水合物以降低水的冰点，防止水在低温下结冰。但实际运行中，E-3100X03换热后温度为-5℃，原料气中的饱和水在低温下结冰，会附着在换热器列管上，严重时就会造成E3100X03冻堵。冻堵现象发生后，E-3100X03前后压差增大，原料气量急剧减少，因原料气经过管程，冻堵发生在列管内部，水结冰膨胀，造成列管破裂。亦或是痕量的水过冷，累积成冰粒，在气流冲击下，对管子弯曲段反复撞击，逐渐导致管子破裂或穿孔。（4）水冷式热交换器在运行期间会形成电化学腐蚀，相对活泼金属腐蚀亦可能造成泄漏发生。管口处的泄漏一般可通过补胀或补焊工艺进行处理（因为焊接升温容易引发相邻管板和冷却管之间不均匀膨胀变形，从而造成邻管二次泄漏，故一般不建议采用补焊修复）；而换热管管口以外的全管程任意部位发生泄漏，其处理方式一般均为堵管，故对于单根换热管，只需判定管口以外的全管程有无泄漏，确认漏点位置并不十分重要，因此全管程检测方式并非最高效的查漏方式。考虑常规正压查漏及无损探伤查漏方式存在的固有问题，拟采用真空方式进行单根换热管查漏。同时，鉴于真空枪查漏法存在的问题，考虑采用透明帽式真空查漏方式。

3甲醇洗绕管式换热器泄漏处理措施

3.1绕管式换热器的配管设计

绕管式换热器可以实现管程多股物料与壳程单股物料的冷热交换，适用于负荷、高压物料的换热，因而在低温甲醇洗工艺中也得到很大程度的应用，绕管式换热器在配管时通常需要考虑以下几点。(1)不建议选择直管式配管方案，通常采用全盘管式或者半管式配管;选择半盘管式还是全盘管式配管主要根据设备管口的管口方位和管道的走向，尽量做到同一股物流进入换热器各管口分布均匀。(2)在做管道布置前首先应该熟悉工艺流程，了解绕管式换热器的换热流股是什么，从哪里来到哪里去;了解设备工程图，根据设备布置给出的支撑点标高，在设备工程图中计算出绕管式换热器的主要管口的标高，检查管口标高是否合适;检查设备布置中几个绕管式换热器是否满足配管间距，是否符合工艺流程的要求。(3)管间距和管架在配管时需要重点考虑。(4)配管时需要注意坡向，尽量不要出现低点，当必须出现低点时，需要设置回流管。

3.2运行期间检查重点

随着安全环保要求不断提高，乙烯装置长周期高效运行目标越来越高，对装置运行管理提出了更高要求。急冷油系统的“安稳长”运行，离不开对装置的精心管理。在日常运行期间，操作人员对汽油分馏塔中段回流温度的变化一定要引起重视，出现异常变化要及时分析原因，避免因中段回流温度高引起塔内形成聚合反应条件。装置投用原料结构决定了回流汽油中的易聚合组分浓度，通过裂解原料结构调整，可有效地控制回流汽油中易聚合组分浓度，在日常运行期间，应针对回流汽油中苯乙烯浓度定期进行检测。

3.3绕管式换热器的布置

在低温甲醇洗工艺中，变换气/合成气/CO2产品气换热器一般采用绕管式换热器。绕管式换热器的布置是否合适会对整个工艺配管设计产生很大影响，这类绕管式换热器的布置见图3，通常需考虑的因素主要包括以下几点。(1)布置时需要选择合适高度的框架，以满足工艺对换热器的需求。(2)绕管式换热器的顶部和底部通常具有很多管口，在布置时需要充分考虑管道空间。

结束语

换热设备在低温甲醇洗工艺中具有重要的作用，整个系统换热复杂，设备繁多，管道布置的技巧因人而异，但这些基本原则相同，善于总结与归纳其共性的东西有助于工程设计质量、效率的提高。

参考文献

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