甲醇精馏加压塔换热器腐蚀泄漏原因分析及处理措施

甲醇精馏加压塔换热器腐蚀泄漏原因分析及处理措施
蒋吉磊
【摘要】针对长城能化公司甲醇精馏工段加压塔再沸器(换热器)腐蚀的情况,分别
从介质性质、工作原理、腐蚀部位形貌等方面,分析了加压塔再沸器腐蚀泄漏的原因,通过采取对换热管涂敷耐腐蚀涂料、定期分析监测蒸汽凝液COD值及保持工况稳定等措施,控制了加压塔再沸器的腐蚀泄漏,维持了生产的正常运行.
【期刊名称】《煤化工》
【年(卷),期】2018(046)006
【总页数】3页(P52-54)
【关键词】甲醇精馏;加压塔再沸器;腐蚀;泄漏;介质
【作者】蒋吉磊
【作者单位】中国石化长城能源化工(宁夏)有限公司,宁夏银川750000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ050.9
在煤化工生产中，由于工艺的需要，在流程中往往存在着各种不同的换热过程，通过再沸器、加热器、冷却器、冷凝器和蒸发器等各种用途的换热器进行热传递，以满足生产需求。

换热器一旦泄漏，会造成两种流体混合，导致不安全因素的产生。

由于其结构的复杂性和使用条件的多样性，换热器常出现多种形式的失效。

据报道，换热器90%的失效形式为腐蚀泄漏[1-3]。

中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司（简称长城能化公司）于2014年1月投产，生产装置以煤为原料，年设计生产能力为50万t甲醇、10万t一氧化碳及1.2万t氢气。

在生产中，甲醇精馏装置出现了加压塔再沸器腐蚀问题，针对此问题，采取了相应措施，保证了生产的正常运行。

现进行总结，以供参考。

1 换热器概况及存在问题
1.1 概况
存在泄漏问题的换热器为甲醇精馏工段加压塔再沸器，此再沸器作为加压塔下部的塔釜换热器，可实现塔釜处粗甲醇再次沸腾。

该再沸器为立式固定管板换热器，为Ⅱ类压力容器，壳体、封头材料Q345R，换热管材料S30408，换热管规格Φ25 mm×2 mm×6 000 mm（2 635根），换热管与管板连接形式为强度焊+贴胀，传热面积1 200 m2，换热器内径1 800 mm，换热器高度10 612 mm。

加压塔
再沸器工况见表1。

表1 加压塔再沸器工况壳程管程介质低压蒸汽粗甲醇（甲醇、乙醇、水）工作温
度/℃184 144设计温度/℃210 175工作压力/MPa 1.0 0.84设计压力/MPa 1.6 1.2
1.2 运行中存在的问题
加压塔再沸器于2014年1月投入运行，2016年10月装置停车消缺时，发现加
压塔再沸器存在泄漏问题。

打压试漏时，发现有4根换热管存在不同程度的泄漏，该再沸器经过换热管两侧堵头封堵消漏处理后，投入运行。

运行13个月后，蒸汽凝液的COD值和甲醇含量突然出现升高趋势，并在12 h内迅速超标，再沸器泄
漏前蒸汽凝液的COD值小于10 mg/L，甲醇含量为零，泄漏后蒸汽凝液的COD
值最高618 mg/L，甲醇质量浓度最高60 mg/L。

经反复排查，确认加压塔再沸
器换热管发生泄漏，管程介质粗甲醇泄漏至蒸汽中，被蒸汽凝液带走，造成凝液中COD值和甲醇含量超标。

由于距装置计划大修时间仅有3个月，且生产任务较紧，
采取降负荷生产的方式，将泄漏量控制到较低水平，维持生产。

1.3 检修情况
2018年4月装置停车大修时，再次拆开加压塔再沸器检查维修。

通过打压试漏，发现加压塔再沸器有9根换热管存在泄漏。

由于检修现场不便抽管，且堵管率
0.49%，堵管后不影响设备运行效果，所以采用砂轮机打磨换热管管口及管板焊瘤的方式，彻底清除锈迹污物等杂质，做好焊前清理工作。

换热管两端打入Φ30 mm、材料为304不锈钢楔子，进行手工氩弧焊接，控制焊接电流，避免焊接过
程造成新的损伤。

补焊完毕冷却后，进行表面渗透探伤检测，合格后注入脱盐水，升压至1.2 MPa查漏，保压30 min，压力未见下降，消漏完成，回装再沸器。

2 换热器腐蚀原因分析
2.1 介质性质分析
甲醇腐蚀性与甲醇纯度和温度有关，纯度越高，腐蚀性越低；温度越高，对设备腐蚀越严重。

加压塔再沸器管程介质为粗甲醇，其中甲醇约占80%，水约占20%，还有占比很少的有机醇、醚、醛、酸等其他微量杂质，显微弱酸性，粗甲醇纯度低，有一定的腐蚀性。

壳程介质为184℃、1.0 MPa蒸汽，温度较高，使粗甲醇腐蚀
性增强。

除少数金属材质外，大多数材质都会氧化，生成均匀覆盖的氧化膜，起到防腐蚀的作用。

管程介质粗甲醇本身的弱腐蚀性以及对换热管内表面的冲刷造成氧化膜脱落，导致继续氧化，如此反复，造成换热管内表面腐蚀[4]。

2.2 工作原理分析
加压塔再沸器正常工况下，管程的液位约为换热管长度的1/3～2/3，壳程充满蒸汽，其底部排出的冷凝液进入凝液管线，凝液管与疏水器连接，保证壳程加热效果。

当换热管内的粗甲醇介质被壳程蒸汽加热沸腾后，变成粗甲醇蒸汽上升，由于壳程蒸汽温度高于换热管内粗甲醇蒸汽温度，粗甲醇蒸汽在换热管内上升时，一直被加热，温度上升。

当粗甲醇蒸汽进入管箱上部时，由于周围没有了蒸汽，粗甲醇蒸汽
中的部分蒸汽冷凝成液滴，上管箱内的液滴落到上管板上，沿着换热管向下流，随即被高温蒸汽加热，又变成粗甲醇蒸汽上升，如此反复，使得上管板下部换热管内表面承受介质相变，在特定的温度环境下腐蚀，从而出现环状凹坑，造成换热管内表面腐蚀[5]。

2.3 腐蚀部位形貌分析
使用内窥镜检查，发现腐蚀的换热管内靠近上管板的地方有一不规则的环状凹坑，且腐蚀较严重。

从腐蚀部位形貌分析，判断为冲刷腐蚀。

由于腐蚀严重部位靠近蒸汽入口，蒸汽与换热管的高速相对运动破坏了换热管外表面氧化膜，加快了金属的腐蚀速率，造成换热管表面出现沟槽、凹谷等缺陷，使管壁逐渐减薄，直至穿洞，造成换热管外表面腐蚀[6]。

3 采取的措施
3.1 涂敷耐腐蚀涂料
对换热管涂敷耐腐蚀涂料，形成防腐涂层，不仅使换热面具备抗冲刷、抗渗透、耐温变等性能，还起到隔离金属表面与介质接触和阻垢的作用，在一定程度上，可延长检修周期，提高换热性能和设备使用寿命。

3.2 重视凝液分析监测
通过定期的蒸汽凝液分析，对凝液COD值进行比对，及时发现腐蚀泄漏问题，及时调整工艺参数，降低负荷，减缓腐蚀速率。

3.3 保持工况操作稳定
壳程蒸汽压力和温度的频繁波动、工艺操作的失误等，会加速冲刷换热管外表面的氧化层，从而形成新的腐蚀点，因此，需保持工况操作的稳定。

3.4 制定预防性检修方案
制定加压塔再沸器预检修方案，待停运时，对加压塔再沸器打压查漏，一旦发现腐蚀漏点，及时消除，降低运行过程中出现腐蚀泄漏的几率。

若设备堵管率接近上限，
及时采购新设备，择机更新。

通过采取以上措施，可以有效降低腐蚀速率，延长设备使用寿命。

对加压塔再沸器进行预防性检修，可以降低运行过程中腐蚀泄漏发生率。

【相关文献】
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