再沸器泄漏原因分析及改进措施

2014年 第2期 2014年2月 化学工程与装备

Chemical Engineering & Equipment

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再沸器泄漏原因分析及改进措施

陈 晶，王建波

（济南石油化工设计院，山东 济南 250000）

摘 要：再沸器的泄露对化工厂的生产有着直接的影响，通过分析其操作条件、结构参数以及管焊漏点等因素，发现设备自身的缺陷导致管束产生振动，管束振动加上介质的冲蚀是导致再沸器泄露的主要因素，所以化工厂需要尤为重视设备管束振动的问题，针对该问题制定相应的解决措施，保证再沸器的稳定运行，延长其使用周期。

关键词：再沸器；泄露；管束振动；冲蚀；改进 前言

再沸器也叫做重沸器，其自身结构和冷凝器类似，冷凝器主要是用于降温，而再沸器是用于升温的，它将塔釜物料蒸发为气体，蒸发后的气体再次进入塔内，让物料分离。再沸器和换热管之间有三种连接方式：焊接、胀接以及焊胀并用。其中，胀接的连接方式主要应用于不会产生剧烈振动、温度变化小以及不会出现明显腐蚀现象的场合，强度焊的连接方式应用范围较广，其制造工艺简单，具备良好的密封性，但是针对容易出现剧烈振动或者存在间隙、腐蚀的场合则不太适用。再沸器的运行效率受到温差应力、管壳程压力、介质腐蚀、流体磨蚀以及自身设计等因素的影响，其出现泄漏的原因主要是由于换热器失效所导致。 1 再沸器泄漏问题的提出

在20世纪末，南京某化工厂的3 10工程开始投入生产，并使用了大量再沸器，但是设备运行了接近6个月左右，接近一半的再沸器出现了泄漏的问题，主要泄漏部位在管口焊缝处，对化工厂的运行产生了较大的影响，对安全生产和设备的生产能力造成了严重的威胁，对技术人员来说你是一个较大的困扰。通过对设备的操作条件、自身结构、焊缝漏点以及使用时间进行分析和研究，收集了发生泄漏事故设备的相关数据，具体情况如下：再沸器结构是固定管板式、单壳程换热器，管板和换热管之间为强焊度，壳程折流板为弓形。工作介质：壳程介质为水蒸气，从上部进入从下排出，管程介质是将要被分离的物料，从下部进入上部排出。

再沸器出现漏点的类型主要分为三种：点蚀、抗蚀及细小裂纹。点蚀的漏点形状为芝麻状的小孔，所占比例为15%，

漏点现象主要发生在管口焊缝处；抗蚀类的漏点一般为圆滑的凹坑，直径3~8mm、深3~5mm，所占比例为10%，主要发生在上管板和管桥之间；细小裂纹的漏点一般长度在2~5mm，所占比例为75%，主要发生在上管板壳程进气口管口的焊缝处。

2 分析管口焊缝处泄漏原因 2.1 点蚀型泄漏的主要原因

再沸器的管口焊缝通常采用手工电弧焊的方式，在焊接的过程中，焊工自身水平以及工作责任心对焊接效果有直接的影响，同时焊接期间无法避免一些焊接缺陷，例如杂质、气孔的产生等。设备在运行的过程中，缺陷部位受到压力应力、温差应力以及其他载荷的共同作用，会使应力集中在一起，导致薄弱部位丧失自身功能，物料对管口焊缝表面的直接冲刷以及物料在汽化后对管口焊缝处的汽液冲刷，容易磨蚀焊肉，所以该部位会首先失效，其表现为点蚀，因而点蚀部位通常在下管板的管口焊缝处。 2.2 抗蚀型泄漏的主要原因

管口焊缝通常采用的是环向焊缝，即焊缝的起点就是终点，采用手工电弧焊的方式焊接容易受到焊工水平和其他因素的影响，导致管口部位过度烧损，焊缝和母材中大部分有益的元素失效，其抗腐蚀性大大降低，同时，由于管桥的尺寸较小，因此焊接较为密集，如果焊工的工艺没有达到一定的标准或者方案的设计不合理，则很容易导致相邻焊点的起点为同一方位，无疑增加了过度烧损的几率，再沸器在运行的过程中，受物料的影响，过度烧损部位容易发生腐蚀，进而出现泄漏现象，通常是以抗蚀的形式表现出来，上管板的

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介质温度过高，导致腐蚀现象严重，同时还伴随气相腐蚀现象，所以再沸器的管板是出现抗蚀部位主要区域。 2.3 细小裂纹型泄漏的主要原因

通过对再沸器的工作原理、受力情况、裂纹的尺寸、形

状及其表面特征进行分析得出，产生细小裂纹泄漏的主要原因是疲劳断裂。下面，我们将胺精再沸器作为示例，对出现细小裂纹的主要原因进行分析。其运行条件见表1。

表1 胺精再沸器的运行条件

项目 介质 工作压力（绝压） 工作温度/℃ 密度/kg m-3 流量Q/kg h-1

胺精再沸器投入使用后的三个多月后就出现了泄漏的情况，在对设备进行检查的过程中发现：上管板存在两个漏点，漏点的位置在壳程进气口旁边第二排的管口焊缝处，漏点形状表现为细小裂纹，两个漏点的长度分别为2mm和4mm，裂纹呈环形且裂纹四周没有出现其他裂缝，在换热管的表面和内壁均没有出现明显的磨蚀、腐蚀现象，管板伸出长度没有达到图纸的要求，小于1.0mm，管口焊缝的高度仅为0.1mm，要求是1.5mm，两项均没有达到规范要求，部分管口焊缝处并未发生泄漏，但是其管板伸出长度及焊缝高度也未达到图纸要求。通过深入的诊断发现，在出现裂纹的地方明显被分成两个区域：光亮区、粗糙区。将漏点进行补焊后，恢复再沸器的正常运行，在运行2个月左右，上管板的壳程在进气口旁的第3、4排的三个管口焊缝处出现泄漏，其特征和之前的漏点相似。从胺精再沸器出现漏点的形状可以看出，细小裂纹的特征和疲劳裂纹的特征是一致的，产生的原因均为疲劳断裂。

原因定性：换热器的管口焊缝处出现交变载荷的因素主要有三个：开停车的频率过高、管壳程受到较大的压力波动、换热管的振动。对于胺精再沸器而言，苯胺生产不会出现频繁开、停车的现象，该过程是连续进行的，根据管壳程压力的曲线来看，其波动幅度较小，通常为3%左右，偶尔会随着供应管道的压力变化有所改变，但是次数不多，正常开、停车以及微小的压力波动对焊缝处的疲劳影响较小，所以可以推断胺精再沸器出现疲劳断裂是由于换热换振动引起的。

由于该再沸器的直径比较大，所以流体的速度也相应较大，在管箱的筒壁处容易形成循环涡流，对管板有冲蚀作用，同时对焊缝产生了一定的影响，在入口管板处，大多数换热管平齐于管板，部分已经进入到管板内部，说明有介质冲蚀

的现象存在。

根据相关理论表明，再沸器壳程的过程中，当水蒸气以横向的方式通过换热管时，会引发换热管发生振动，主要因素有三个：卡门漩涡、紊流抖动以及流体的弹性缺乏稳定性。换热管产生的振动经过管板和换热管之间的空隙传送到管口焊缝处，给其增加了交变应力，因而具备一定的狡辩载荷条件。

当管口焊缝出出现振动的情况时，不仅会受到多种应力（如：温差应力、压差应力等）的影响而产生拉托应力、焊接残余应力等，还会引发交变应力，将二者矢量叠加则会形成不对称的循环应力，当该应力达到疲劳极限时，就容易发生疲劳断裂。

胺精再沸器的管口焊缝结点大小有明确规定，在设计时没有考虑到疲劳问题，仅考虑了其强度方面，出现泄漏的管口焊缝高度为0.1mm，图纸设计上是1.5mm，远远没有达到规范要求，所以焊缝的承载面积小，由于运作过程中会产生高温，则管口焊缝处容易出现断裂，同时还会使其实际拉脱应力增大，交变应力也会增加，达到了疲劳极限，具备一定疲劳断裂的条件，但是由于细小裂纹并没有占据全部管口焊缝处，所以即使出现较大的拉脱应力，也不会形成强度断裂。 3 改善再沸器泄漏的有效措施 3.1 急救措施

（1）可以将管口焊缝出现泄漏的部位进行打磨，打磨的深 …… 此处隐藏：2997字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……