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高压反应水不锈钢冷凝器列管泄漏怎么办?

https://www.zbgthg.com 发布日期:[ 2016年9月20日 ]

1高压反应水不锈钢冷凝器设备特性及作用

兰州石化公司25.5万吨/年稀硝酸装置由化学工业第二设计院设计,采用以氨为原料生产稀硝酸的双加压法工艺。高压反应水不锈钢冷凝器是生产稀硝酸的重要设备之一,其作用是利用循环水对氧化氮压缩机送来的高温氧化氮气体进行换热。

高压反应水不锈钢冷凝器结构为固定管板式换热器,该设备技术参数如表1。

表1 高压反应水冷凝器技术参数

2高压反应水不锈钢冷凝器泄露检查及处理

高压反应水不锈钢冷凝器一个月内连续发生三次氧化氮气体泄漏。首次泄露部位发生在高压反应水不锈钢冷凝器排气管线环形管与引出管焊缝处,泄露点明显是由于腐蚀所致,如图1。打开高压反应水不锈钢冷凝器上下人孔,同时对壳侧进行了充水检查,对泄漏的列管进行封堵处理,对顶部已经堵塞不通的排气管进行更换。

再次泄漏位置与上次相同,上部排气管又发生泄露。本次检修考虑用试压泵对壳侧进行压力试验来查找漏点,对泄露的列管采用堵头进行了封堵,并进行了水压试验。第三次仍然是上部排气管发生泄漏,下部倒淋排放液显酸性。通过对上两次泄漏原因的初步判断,列管应存在大面积泄漏,需要对泄漏原因进行较为准确的检查判断。第一,在壳体侧水压试验进行初步查漏的同时,利用内窥镜对列管内表面进行检查,对泄露较大的列管利用堵头堵漏,用压缩空气对微漏的漏点进行检查,最后对管板进行着色渗透检测。内窥镜检查结果发现存在水雾列管176根,其中有两根发现距离管板下方100mm范围存在针眼,明显有水泄漏,如图2和图3。

利用0.5MPa压缩空气,经涂刷洗涤液检查有160根列管内表面产生气泡,部位集中在管板以下100mm范围。管板表面着色检测完好,没有发现缺陷。管板下方100mm范围内对应壳体外壁厚度检测为6mm,比设计壁厚减薄4mm。

3高压反应水不锈钢冷凝器列管泄漏原因分析

3.1排气管长期堵塞形成滞留区

高压反应水不锈钢冷凝器顶部排气管线出口直接连接在冷却循环水回水总管上,排气管线上一组观察视镜长期没有纳入工艺管理,缺乏正常巡检,排气管线堵塞后未能及时发现。高压反应水不锈钢冷凝器壳侧循环水出口管线中心距离上管板512mm,开停车过程中,因排气管堵塞,壳侧气体无法排出,会在这个范围内形成局部气液相死区,从而影响该段的换热效果。高温氧化氮在该段无法充分换热,形成管侧长期局部高温。304L不锈钢在氧化氮温度达到或超过125℃环境下,其年腐蚀速率将会超过0.125mm/年,高压反应水不锈钢冷凝器管程入口氧化氮温度132℃,加速了对列管的腐蚀。

3.2滞留区存在氯离子腐蚀

氯离子半径小、穿透能力强,并且具有能够被金属表面较强吸附的特点。氯离子浓度越高,水溶液的导电性就越强,电解质的电阻就越低,氯离子就越容易到达金属表面,加快局部腐蚀的进程。氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀主要是点蚀,氯离子容易吸附在钝化膜上,把氧原子挤掉,然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物,结果在露出来的机体金属上腐蚀了一个小坑,形成点蚀核。氯化物水解后,使小坑内溶液PH值下降,使溶液成酸性溶解了一部分氧化膜,造成多余的金属离子。为了平衡腐蚀坑内的电中性,外部的氯离子不断向坑内迁移,使坑内金属又进一步水解。如此循环,奥氏体不锈钢不断的被腐蚀,越来越快,并且向孔的深度方向发展,直至形成穿孔。

在上述滞留区段,氯离子含量会增高。对于304L不锈钢,在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境会产生应力腐蚀,同时304L不锈钢对含氯介质引起的缝隙腐蚀最为敏感,包括换热管与管板孔的缝隙部位。不锈钢在含氯离子介质中的适用范围见表2。

表2 不锈钢在含氯介质中的适用范围

高压反应水不锈钢冷凝器所用循环水氯离子含量为200mg/L,根据表2情况,温度超过130℃,管内压力1.0Mpa,长期氯离子滞留区域,即便循环水中含有缓蚀剂,304L材质的不锈钢仍会产生穿孔腐蚀。

4制定防护措施

第一,保证排气管畅通。对不锈钢冷凝器顶部原排气管线重新配管,将排气出口由原来的循环水回水管线引至地面排放,规定操作人员现场巡检时对排气排水情况进行检查,保证排气管线畅通。

第二、对循环水水质监控。对排气管排放监测的同时,每个白班对不锈钢冷凝器上水和回水总管的PH值进行分析检测,以判断管侧是否有氧化氮气体泄漏,保证回水PH值在8.0。第三,熟悉设备特性。对设备本体的各部件功能进一步熟悉,科学合理地制定设备维护保养规定。第四,设备更新。通过实际情况的检查及原因分析,目前该设备通过三次堵管,堵管率已达到29%,判断上管板下部100mm范围内换热管均已经产生腐蚀,设备已经无法长期运行,需对高压反应水不锈钢冷凝器进行紧急更新,以保证装置运行。

5总结

硝酸装置高压反应水不锈钢冷凝器列管泄漏,直接原因是上管板排气管长期堵塞,造成壳侧气体无法排出,循环水在此处形成滞留区,造成壳侧氯离子对换热管外壁腐蚀,同时管侧高温氧化氮气体在此管段无法良好换热,加速了列管腐蚀。当列管发生泄漏后,高温氧化氮进入壳侧,加速了该区域的腐蚀速率,最终导致了泄漏。

通过对高压反应水不锈钢冷凝器泄漏原因的检查,归结了泄漏的原因,制定了临时的运行措施,保证装置继续运行。同时,总结了日常设备管理中存在的不足,为以后的工作提供借鉴。

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