换热器局部腐蚀原因分析

换热器局部腐蚀泄漏原因分析及预防措施

陶志远

（山东华鲁恒升化工股份有限公司山东德州253000）

【摘要】对一台换热器换热管泄漏原因进行分析，并研究预防换热管泄漏措施，提高换热器运行周期，保证装置稳定运行。

【关键词】换热器泄漏局部腐蚀蒸汽加热

在化工生产中，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，换热器就是用来进行此项热传递过程的设备，它可以使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺的需要。换热器的稳定运行在工艺生产中起着相当重要的作用，一旦泄漏会严重影响工艺，造成两种流体混合，导致不安全因素的产生。

某公司甲醇装置中有一换热器为该装置关键设备，该换热器在投用一年后发生泄漏。

1设备技术参数

设备技术参数及操作数据见表1

筒体材质为16MnR（热轧状态），规格为∮1500mm*14mm,总高8152ｍｍ。管板材质为16Ｍｎ。厚度88ｍｍ，锻件。换热管材质为10#钢，规格∮25ｍｍ＊2.5ｍｍ，退火状态。折流板５件，厚度16ｍｍ，材质Ｑ235－Ａ．换热面积：669ｍ２。

表1

2泄漏情况

该换热器于2004年投入运行，2006年7月系统停车时发现泄露。打压试漏时发现有34根换热管泄露。其中有10根比较严重。由于当时生产任务较紧，该换热器堵漏完毕后，投入运行，没有做深入的分析。

堵漏完毕后的换热器投入运行3个月后又发现泄露，再次拆开检查维修。在这次检查时，发现有的换热管在距上管板90毫米处有断开，随即技术人员仔细检查。用焊条在换热器上管板上探测换热管内壁，发现大部分换热管在距管板90毫米处用焊条滑动时内壁不光滑。于是技术人员决定将换热管抽出一根检查。换热管抽出后，将怀疑有缺陷的部位刨开，发现该处有一不规则的环状凹坑（见图1），换热管内表面其他部位良好，这说明其他换热管也存在环状凹坑。通过查看设备制造图纸，换热器管板厚度为80毫米，凹坑距管板大约10毫米。

图 1 凹坑位置

3 原因分析

该换热器是一塔设备下部即塔釜换热器，目的是加热并蒸发塔釜液体，使塔内获得介质蒸汽，介质蒸汽上升与塔顶部流下的液体接触混合，实现塔内的物理化学反应，该设备还有一个名字叫塔釜再沸器，实现塔釜液体再次沸腾的加热器。该换热器管程介质为甲醇，壳程介质为蒸汽，180度的蒸汽加热甲醇，使得甲醇沸腾。换热器工作流程见图2： 蒸气进口

器

热

换塔

图 2 换热器工作流程

从常规腐蚀机理分析，塔体采用材料为16MnR ，换热器管程管箱封头材料也为16MnR ，换热管为10#钢。在塔内和换热器的管箱封头都没有发现腐蚀现象，在换热管内，只是靠近上管板的地方发现腐蚀，说明换热管的腐蚀在原始选材有没有考虑到或以前没有发生的腐蚀。

由于腐蚀部位靠近上管板，其他部位没有腐蚀，且大部分的换热管都出现在该部位腐蚀的现象，这说明腐蚀与材质没有关系，肯定是在工艺设计或操作方面有欠缺，导致换热管局部腐蚀。

换热器管程的液位约有换热管长度的三分之一到三分之二，壳程充满蒸汽，其底部有冷凝液排出管线连接疏水器，保证壳程加热效果。当换热管内的甲醇介质被壳程蒸汽加热沸腾后，变成甲醇蒸汽上升，由于壳程蒸汽温度高于换热管内甲醇蒸汽温度，甲醇温度在换热管内上升时，一直被加热，温度上升。当甲醇蒸汽进入管板内换热管式，由于周围没有了蒸汽，

甲醇蒸汽在经过这段距离时，或甲醇蒸汽进入上管箱后，没有了加热源，甲醇蒸汽中的部分蒸汽变成液滴，附着在管板内换热管管壁上，或上管箱内的液滴落到上管板上，然后顺着换热管向下流。当液滴顺着管板内的换热管向下流出管板是随即内高温蒸汽加热，又变成甲醇蒸汽上升，如此的反复过程，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。介质蒸汽及液滴流动方向见图3：

图3介质蒸汽和液滴流动方向

双线为介质液滴流动示意，单线为介质蒸汽流动示意

4整改方法和采取措施

从上面分析的腐蚀机理，来寻找防止换热管腐蚀的方法。首先在防止液滴下流的方式有两种:一可以增加蒸汽的温度，来提高换热管内的介质蒸汽的温度，使介质蒸汽在离开换热管后，来不及凝结就进入塔体，进入塔体和即使有液滴冷凝，只会落到塔釜液面，不会造成负面影响；二可以降低塔顶压力，使得换热管内介质蒸汽的流速增加，即使有液滴冷凝，在流速较高的情况下也被带入塔内。

以上两种方式是要改变工艺操作条件，工艺操作条件改变后会影响其他设备的操作，这种方式在生产中是不会采取的。要想在不改变工艺操作条件的情况下，防止腐蚀，只有增加换热管的材料等级，将10#钢的换热管改成不锈钢，这样冷凝的液滴在换热管内反复蒸发不会造成换热管的坑状腐蚀，从而保证换热器的运行，稳定了生产。

5结语

通过对换热器进行改造，将换热管上部长约1米更换为不锈钢材质，既避免了腐蚀，又节省了制造成本。经过近两年的运行，换热器运行良好，没有发生泄漏，从而证明当初的分析是正确的。

作者简介：陶志远（1973-）工程师，现在山东华鲁恒升化工股份有限公司工作