制冷装置氨换热器泄漏原因分析与改进

2020-07-13张杰良孔文涛

甘肃科技 2020年9期

张杰良，孔文涛

（兰州石化公司合成橡胶厂，甘肃兰州 730060）

1 概述

某公司制冷装置2015年由兰州寰球工程公司设计，2016年9月建成投用。利用氨作为制冷剂，主要生产-12℃盐水供生产装置做冷却水循环使用。装置设计制冷量为2500kW。本装置三台制冷压缩机及配套控制系统、-12℃盐水管网为原制冷装置利旧，液氨储罐、氨换热器、载冷剂储罐、氨蒸发器等辅助设备异地新建，辅助设备厂房占地面积23400×18000mm。该公司制冷装置氨换热器在使用过程中，列管频繁泄漏，循环水分析指标经常超标，冷凝效果降低，多次组织抢修，频繁对泄漏的管线进行封堵，且每次泄漏的管数呈直线上升，换热效率不能满足工艺生产条件[1]。

2 工艺流程说明

由该公司化肥厂供送的液氨进入氨储槽（V-102A/B）,供系统使用。冷却-12℃盐水的液氨来自V-102A/B，经-12℃盐水调节阀控制，调节进入-12℃盐水冷却池中的蒸发器（E-102）列管内与列管外盐水进行热交换。蒸发的气氨由E-102上部返回气液分离器（V-101）内，分离气氨中夹带的液氨后进入氨压缩机(CM-2#CM-4#CM-6#)，压缩后的气氨进入油分离器（V-105），分离气氨中所夹带的润滑油，再进入氨换热器(E-701)与循环水进行热交换，使气氨冷凝为液氨，流入液氨储罐（V-102A/B），从而形成液氨储罐，氨蒸发器，气液分离器，氨压缩机，板式换热器的循环回路。V-102A/B中的液氨另一路送至ABS车间供冷却使用，返回气氨经气液分离器（V-101）分离夹带液氨后，气氨进入CM-2/4/6#入口总管。

3 氨换热器E-701泄漏原因分析

3.1 氨换热器E-701列管腐蚀

该氨换热器E-701管程/壳程介质分别为循环水/氨。通过对E-701氨换热器腐蚀产物分析，大部分泄漏聚集在油冷却器底部循环水入口段，主要原因是循环水入口冲刷腐蚀，导致部分列管泄漏，循环水与壳程液氨相容，形成氨水加速列管的泄漏。现场堵管照片如图1所示。（该氨换热器4组，每组管束326根，共计管束1304根）

图1 现场堵管图

3.2 氨换热器E-701设计缺陷

该氨换热器E-701存在设计缺陷，如氨换热器E-701换热列管为10#钢，管径￠19×2mm，壁厚仅为2mm，明显偏薄。

4 氨换热器E-701改进措施

4.1 管控措施

4.1.1 制定氨换热器E-701清理计划

针对氨换热器E-701垢下腐蚀情况，制订详细定期维护及清理计划，要求每半年拆卸封头清理一次。

4.1.2 加强氨换热器E-701巡检及记录情况

在岗位设立巡检、故障记录。由操作人员、包区人、检修人和管理人员定期签字确认，注明每次巡检、泄漏发生情况以及人员到场、处理时间等信息。

4.1.3 做好氨换热器E-701检修后定压查漏工作

检维修后由运行工程师做好定压、查漏记录。由机械员、工艺员负责验收、落实检维修策略的执行，保证检修后质量。

4.1.4 制定氨换热器E-701攻关措施

车间根据换热器实际情况，订立攻关方案，定期召开攻关总结会。对典型问题进行案例分析，对建议进行讨论，对存在的问题进行交流和沟通，提出改进意见。

4.1.5 做好设备标准化活动

结合设备创完好和标准化活动的开展，清理作业做好防护，确保装置面貌始终保持清洁，检修后要求按照设备标准化进行检查和验收。

4.2 氨换热器E-701更新及运行效果对比

4.2.1 重新对换热器计算设计

依据原换热面积和换热量，委托原设计人员进行重新计算、设计、更新，增大列管壁厚，消除原列管壁厚偏薄问题（原油冷却器换热列管为10#钢，管径￠19×2mm，壁厚仅2mm，明显偏薄，增大至管径3mm）,依据施工图和施工方案，现场安装。19年大检修期间已实施完毕。

4.2.2 换热器检修前后运行效果对比

以E-701D为例，单程堵管88根，单程共326根，泄漏率26.99%，造成冰机排气压力、温度上升，循环水用量增加，换热效果差，满足不了生产需求。

正常操作规程要求：冰机排气压力一般为1.0－1.3MPa,排气温度≤80℃。

检修前：液氨冷凝后温度为30℃左右，冰机排气压力为1.4MPa左右，排气温度为80℃左右。

检修后：液氨冷凝后温度为25℃，冰机排气压力为1.0MPa左右，排气温度为70℃左右。循环水用量减少，换热效果明显改善。

4.3 针对换热器E-701意见及建议

采用板式换热器，有效提高换热效率、减少热损失，在相同压力损失情况下，其传热系数比列管式换热器高3-5倍，同时结构紧凑，避免列管腐蚀，且占地面积为列管式换热器的三分之一。

将原列管式换热器整体更新改造为板式换热器，同时完成相应的管线碰头改造。委托具备相关资质的设计人员进行计算、设计，更新为板式换热器后消除原列管壁厚偏薄、场地占用面积大及检修困难等问题。

根据原换热面积和换热量，原列管式换热器基础数据如下：换热面积F=437.7㎡，列管数n=1304，设计条件：压力MPa1/2.1,温度℃50/100,操作条件：压力 MP0.9/1.9,温度℃28-33/36-82.3(管程/壳程），计算得出板式换热器性能指标，并进行施工图和施工的方案设计。施工所需主要设备及材料明细见表1。