全焊接板式换热器泄漏原因分析及整改措施

2016-11-29韩荣学

中国设备工程 2016年5期

关键词：贫液板片排气管

韩荣学叶波

（西南油气田公司重庆天然气净化总厂,重庆 401220）

全焊接板式换热器泄漏原因分析及整改措施

韩荣学叶波

（西南油气田公司重庆天然气净化总厂,重庆 401220）

介绍了全焊接板式换热器在阿姆河第一天然气处理厂脱硫脱碳系统的使用情况，对生产运行过程中发生的频繁泄漏原因进行了分析，提出了针对性的整改措施，解决了泄漏频繁的问题，保障了脱硫脱碳装置的正常生产。

全焊接板式换热器；脱硫脱碳；泄漏；水锤

CPK75全焊接板式换热器是阿姆河第一天然气处理厂脱硫脱碳溶液系统重要的工艺设备，用于对甲基二乙醇胺（MDEA）贫液和富液热交换，其运行好坏对脱硫脱碳系统有非常重要的影响，自从2009年12月第一天然气处理厂投入生产运行以来，脱硫脱碳系统的8台板式热器经常发生泄漏，并有逐步加大趋势，不仅污染了生产现场环境，也会直接影响贫液和富液的换热，进而影响到脱硫吸收塔的脱硫效果，甚至可能造成到H2S超标，严重影响脱硫脱碳装置的正常平稳运行。

一、脱硫脱碳溶液系统工艺流程简述

MDEA贫液在脱硫吸收塔C-1101从上而下与原料天然气从下而上进行逆流接触，将原料气中几乎所有的H2S和部分CO2吸收，从吸收塔顶出来的湿净化天然气至脱水装置进行处理，吸收了H2S和CO2的MDEA贫液成为MDEA富液，从塔底流出并经水力透平回收能量后进入富液闪蒸罐D-1102，闪蒸出部分溶解的烃类气体，富液闪蒸罐底部抽出的富液经贫富液换热器E-1101A/B与胺液再生塔C-1103底来的MDEA贫液换热，温度升至约96.5℃后进入胺液再生塔进行再生出MDEA富液中的H2S、CO2酸气，酸气送至硫磺回收装置进行处理。再生后的溶液从塔底出来后变成126.5℃的MDEA热贫液，先经贫富液换热器E-1101A/B与富胺液换热至87.7℃左右，然后送至热贫液泵P-1102A/B升压，后经贫液空冷器E-1102和贫液后冷器E-1103冷至40℃，冷却后的MDEA贫液先后进入胺液预过滤器F-1102、活性炭过滤器F-1103和精细过滤器F-1104进行过滤，除去溶液中的机械杂质、变质、降解产物。过滤后贫液去富液闪蒸塔C－1102和贫液循环泵P-1101A/B。去贫液循环泵P-1101A/B的贫胺液被泵送至胺液吸收塔C-1101，完成整个溶液系统的循环。E-1101A/B全焊接板式换热器起着贫液和富液的换热作用，是脱硫脱碳装置的关键工艺设备。

二、全焊接板式换热器的结构原理和特点

全焊接板式换热器是一种没有中间密封垫的焊接型板式换热器，它能在紧凑的空间内具有很大的传热面积，板片采用1mm厚的316L不锈钢薄板，将单个板片压制成一定的凸高，单个板片两两正反通过翼边组焊成一个板片组,板片四周交错焊接，这种独特的结构可以使传热板片通过翼边焊接形成另一流体的通道，多个板片组焊接形成了两个流体通道（图1、2），因此该类型板式换热器由多层板片焊接的板片组，及开有螺栓孔的刚性的长方形钢架和面板组成，面板的作用是提高机械强度并分隔流体回路，各个回路均安装一块可拆卸的折流板，回路中热贫液和冷富液分别连续经过3次换热。设备通过在4块碳钢面板上的连接法兰与管道连接，每块面板上也分别设置了排污接管或排气接管，可以进行溶液回收或排放气体。热贫液和冷富液在板式换热器内进行逆流换热，热贫液高进低出，冷富液低进高出，这种传热性相比顺流传热效果更好。

图1 全焊接板式换热器的板束

图2 全焊接板式换热器的通道示意图

三、全焊接板式换热器运行情况分析

1.全焊接板式换热器参数运行情况

阿姆河第一天然气处理厂一期工程共有4套天然气处理装置，每套脱硫脱碳溶液系统有两台全焊接板式换热器，一用一备。自2009年12月第一天然气处理厂投入生产运行以来，板式换热器运行参数以E-1101A(1)为例，见表1。

表1 E-1101A（1）板式换热器运行参数

2.与国内同装置的列管式换热器比较

与一般立管式换热器相比，该板式换热器具有传热系数高、单位体积内换热面积大、价格低、质量轻、结构紧凑、占地面积小等特点，并具有以下优势。

（1）由于板片热交换充分、均匀，波纹深度变化范围大，液体在板间流动顺畅，没有死区，阻力损失小。

（2）同一种流体在列管式换热器内当雷诺数为4000～6000时才能达到湍流状态，而在全焊接板式换热器内，当雷诺数为100～300时就能达到湍流。

（3）流道不易堵塞。全焊接板式换热器板片在四周交错焊接后，在运行中由于热胀冷缩现象，板片内应力释放，会使板片内的污垢自动脱落下来，通常的污垢热阻仅为列管式换热器污垢热阻的1/5～1/4。某天然气净化厂由于原料气中的杂质进入脱硫系统，污染脱硫溶液，溶液中的固体杂质逐渐在脱硫塔塔盘上沉积，堵塞浮阀，造成脱硫吸收塔拦液，脱硫塔压差增大，同时在经E-1202A/ B/C/D列管式换热器管程时杂质会逐渐沉积在管程中，严重堵塞管程，装置无法维持正常生产，装置在2003年9月、2004年4月、2004年9月临时停产时，对E-1202A/B/C/D管程进行了清洗。第一天然气处理厂脱硫脱碳装置的8台全焊接板式换热器运行6年多以来均未清洗过，从解体维修时观察富液回路换热板片上有非常薄的一层降解产物附着在其表面，而换热板片内没有发现机械杂质。贫液回路则呈现出不锈钢本色，也不存在杂质和降解产物。从E-1101A（1）板式换热器的运行参数压力变化及温度变化分析，均反映了换热效果良好，也印证了管路不易堵塞的事实。

（4）实现不停产检修。国内天然气处理厂的贫富液换热通常选用的是浮头式换热器，一般设计成两台或4台热器组进行串联，当换热器出现泄漏或其它异常状况，往往需要停产才能进行检修。全焊接板式换热器一般并列安装两台，一用一备，当一台出现故障后能切换到另一台，这样不会因为板式换热器出现故障而导致停产检修。同时，板式换热器在出现故障后能及时组织检修，而浮头式换热器需要在停产或大修期间才能实施，极大的增加了工作量和劳动强度，对缩短大修工期也不利。

四、全焊接板式换热器泄漏原因分析及整改措施

2.09年装置投产运行到2013年6月，8台全焊接板式换热器陆续开始出现外漏，频次越来越大，主要是芯部裂纹引起外漏。2010年至2013年上半年泄漏次数分别为2次、5次、8次和15次，严重影响了装置的正常生产运行。

1.原因分析

针对板式换热器出现泄漏频繁故障，根据现场查看和分析，确认为板式换热器富液侧回路上部的排气管线与富液出口管道的连接不当，见图1，排气管线与富液出口管线相连，但为一个倒“U”字形排气管路，使得富液在升温过程中产生的大量吸附气体不能全部排放出设备而产生水锤现象，特别是在系统启动或关闭期间最容易出现，可能使设备的瞬间操作压力超出设备的设计压力，严重时导致板式换热器芯部或板片产生裂纹而发生泄漏。另外不能同时启动和停运热贫液回路和冷富液回路，应严格控制温升和温降，以免对设备产生热冲击或不必要的应力。

2.整改措施

（1）工艺整改。根据现场实际管道安装情况，需将板式换热器富液回路上部的排气管线水平延长后，与富液出口管线竖直段相连，避免倒“U”字形，见图3，由于富液出口阀前的管段均为水平布置，只能将富液排气管线接在出口阀后的竖直管线上，装置正常生产运行期间无法实施，故在2013年5月至6月装置停产大修期间实施了整改，见图4。

（2）操作优化。启运时先启运冷富液回路，再逐步缓慢开启热贫液回路的阀门5min以上，且每小时温升不能超过60℃，避免设备产生热冲击或不必要的应力，停运时操作相反。

3.实施效果

通过整改和优化操作，2014年发生了5次泄漏，2015年发生了2次泄漏，并呈逐年下降，可以判断出，富液在升温过程中产生的大量吸附气体能被顺利带出，降低了发生水锤的风险，也避免了设备产生热冲击或不必要的应力，泄漏故障频率大大降低，效果非常好。