李剑晖，卢利飞

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014010）

净化洗涤水冷却器内漏原因分析与优化改造

李剑晖，卢利飞

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014010）

洗涤水冷却器是将净化装置除氧器104 ℃的除氧水，用循环水冷却至40℃，然后供给其他装置使用，起着承上启下的作用，在近今年运行过程中反复出现管束内部泄漏问题，严重影响了装置内部以及上下游装置的平稳运行。针对此工况进行了相关分析，并提出了一些优化改造的措施。

冷却器；管束；泄漏；改造

1 洗涤水冷却器介绍

1.1工艺流程简介

由公用系统将热电提供的脱盐水，先进入净化装置脱盐水加热器，与变换气换热温度升至90℃后进入除氧器，用0.46 MPa（G）低压饱和蒸汽加热脱氧，生产的脱氧水即锅炉给水经高压锅炉给水泵加压至8.75MPa（G），为净化装置洗氨塔提供洗氨水和气化装置提供8.7MPa、104℃仪表冲洗水和8.7 MPa、40℃机械密封水。

洗涤水冷却器就是中间连接各个装置的枢纽，将净化除氧器104 ℃除氧水用循环水冷却至40℃，其中一路供水去向净化装置洗氨塔洗涤水，另一路供水去向气化装置，供激冷水泵和锁斗循环泵机封冲洗水用。洗涤水冷却器设计处理除氧水量为60t/h（净化洗氨塔30t/h，气化用水30t/h），除氧水温度为104℃，经换热后温度为32℃。实际运行过程中，除氧水进、出的温度与设计值一致，但是用水量达到了90t/h（净化洗氨塔30t/h，气化装置用水量60t/h）。

1.2设备参数简介

表1　设备参数表

2 第一个使用周期的运行记录以及改进

2.1运行记录

在2010年5月投用后，2012年7月第一次发现洗涤水冷却器出现管束内漏情况，由于原始设计中洗涤水冷却器的除氧水无旁路，所以在处理漏点时必须将供水中断，为了保障机封冲洗水的供给，临时配管用多台柱塞泵供水，接入机封冲洗水总管线。与此同时制定了洗涤水冷却器管束堵漏方案，带压开孔增加洗涤水冷却器旁路（如图1），力保在最短时间内恢复供水。之后洗涤水冷却器运行周期约为两个月左右就会出现泄漏，已经严重影响了换热器的换热效果，截止到 2013年6月装置大检修，检修8次共堵管52根。

图1　新增加旁路

2.2优化改造

2.2.1设备更换

在2013年提前准备了设备更换计划。利用大检修的停车时间，对洗涤水冷却器进行了整体更换

2.2.2优化洗涤水冷却器的工艺操作

在洗涤水冷却器投用时候严格按照介质的投用先后顺序，先投与常温接近的介质，这样能保证洗涤水冷却器材质的胀或缩不会太大，保持设备的稳定性，再投另一介质。对于洗涤水冷却器的影响最小严格控制升压、升温速率，保证设备平稳投用到正常工况。

2.2.3项目改造

由于洗涤水冷却器在之前一直处于超负荷运行状态，所以在2013年期间对水系统进行了优化改造，此项目成为8.7MPa密封水改造。（见图2）

原设计是气化装置8.7MPa密封冲洗水（8.7MPa、104℃）仪表冲洗水和8.7MPa、40℃机械密封水）采用比较昂贵的脱盐水，最终排入污水处理装置，这样既增加了脱盐水的浪费，又增加了污水处理的负荷。

净化装置项目8.7MPa密封水改造，用甲醇制烯烃装置的净化水代替变换脱盐水作为气化装置8.7MPa密封冲洗水，达到减少公司外排废水量，降低净化装置脱盐水用水量的目的。改造之后来自烯烃的净化水（0.4MPa、104℃）和变换单元脱盐水加热器的脱盐水（0.4MPa、80℃作为补充水）送至净化水缓冲罐，利用现有的高压锅炉给水泵，将MTO净化水加压后，一股直接送气化作为高压高温密封水，一股经洗涤水冷却器冷却后送气化作为高压低温密封水。

来自热电中心的高压锅炉水（14.6～16.5MPa、80～159℃）在变换单元减压后经高压锅炉给水冷却器冷却后，送至变换洗氨塔作为变换气洗氨水，改造流程考虑到现有的高压锅炉给水泵入口可以使用MTO净化水和变换除氧器脱盐水（两者可以切换），在装置开车初期或MTO净化水中断时，仍可使用变换除氧器的脱盐水作为气化密封水和变换气洗氨水。

由热电引入一股高压锅炉水，专门给净化装置洗氨塔提供洗涤水，利用2013年大检修停车期间，对整个管线进行了配管作业（此项目成为净化水改造项目）。完成后进行了一系列的气密、吹扫、置换等检验工序。最终在2014年1月开始投用净化水改造项目，将热电高压锅炉给水切至净化洗氨塔。2014年5月将高压锅炉给水泵入口由除氧器切换至净化水缓存槽，净化水缓存槽全部由脱盐水供给，运行无异常后，投用外来的净化水，水量为20t/h。之后高压锅炉给水泵一直由MTO净化水缓存槽供给，净化水间断投用。

图2　改造后的新流程

3 第二个使用周期的运行记录以及分析改进

3.1运行以及检查记录

3.1.1投用记录

在2013年7月投用后，工艺操作条件一直平稳，未有较大的温度压力等工况波动。2014年8月新更换的洗涤水冷却器出现管束内部泄漏，随即将换热器切出进行了堵漏处理。一直运行到10月份的大检修未出现泄漏情况。在后来运行过程中，洗涤水冷却器出现泄漏，仍然严重影响系统的正常运行。3.1.2 大检修期间检测记录

在2014年10月大检修期间，对洗涤水冷却器管束进行了涡流检测，也是对其运行状态的一个初步了解。

（1）检查内容：抽检10%的U型管，142根直管段，共710m。具体位置见图3。

（2）检测结果

①抽测列管涡流探伤未见明显的可记录缺陷信号。

②涡流探伤信号较为杂乱，抖动干扰信号较大，因此较小体积型缺陷号有可能不易发现。

③所测列管壁厚分布较为分散，在0.95～1.80mm之间；从涡流测厚信号来看。

图3　涡流测厚具体位置用彩色标识

a）大部分列管均存在不同程度的列管壁厚腐蚀减薄；

b）整段列管均存在严重程度不一的局部体积型腐蚀缺陷信号；

c）列管不同区域壁厚分布不均。

④所抽测列管中发现1根U型列管壁厚异常，直管段管号为1-8、1-15号列管，壁厚值对应为0.95mm、1.00mm，这根列管的壁厚异常的原因我们分析认为：

a）列管本身壁厚较其他管子薄；

b）这根管子的材质及组织状态与其他列管不同，造成所测数据有一定系统误差。

⑤列管壁厚减薄区域一般以靠近弯管部位及靠近管口部位为多，也有少数列管的减薄区域在列管的中部（包括扩检列管情况依相同）。

⑥经过检查可以初步统计出来，列管平均壁厚为1.5mm左右，减薄量为0.5mm/a

（3）涡流测厚也拥有一定的局限和盲区

①距管口150mm内为远场涡流检测探伤盲区。

②管板内为远场涡流检测测厚盲区。

③所测列管壁厚值为每根列管最薄截面处各方位的平均值。

3.2泄漏分析

2014年11月，洗涤水冷却器投用后，运行间隔1-2个月就会出现管束内漏现象，然后每次都要将设备切出进行查漏堵漏，严重影响了整个系统的平稳长周期运行。

3.2.1管板外侧堵漏位置分析

洗涤水冷却器是四管程的冷却器，其管束液体流向是：左上进入→右上出→右下进入→左下出。从上面两个管板外侧图的对比可以看出，泄漏位置集中在第一管程（左上）和第二管程（右上），在第三管程（右下）和第四管程（左下）基本无泄漏或者少量的泄漏。

从工艺条件上分析，由于介质和压力都是固定不变的，只有温度有梯度变化。第一管程、第二管程温度在80-100℃区域内，第三管程、第四管程温度在40-60℃区域内，所以其泄漏点集中在80-100℃的高温区域。

3.2.2管束内部泄漏位置分析

为了分析换热管的泄漏具体位置，对第一台换热器整体壳体进行了拆解。由于管束腐蚀严重，需要将管束切割下来分段进行检测分析。针对换热器泄漏的位置，主要对管束从上数1-12排进行了切割检查。

在“U”型弯处外侧发现爆管现场，具体位置在第6-13跟、第6-14跟，而且根据测量，爆管处的管壁仅为0.05mm。（如图6）。

图4　第一台泄漏位置统计

图5　第二台泄漏位置统计

图6　“U”型弯处外侧爆管

在直管段发现有7根管已经断裂，管壁厚度还是2mm。有2根管发生撕裂现象，其厚度也是2mm。其发生泄漏位置距离管板100mm以内（见图7）。

图7　直管段泄漏位置

3.2.3管束材质分析

（1）分析样：锈蚀，断裂的换热管。

（2）分析方法：在断口处取样，样品经过制备后在光学金相显微镜下观察、照相。

（3）换热管（材质20#钢）的成分分析如表2。

表2　换热管成分分析表

（4）试验结果

①非金属夹杂物的级别

依据GB/T10561-2005，《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》A法评定：A0.5，B0，C0，D1，DS0。

②显微组织

参照DL/T674-1999《火电厂用20号钢球化评级标准》评定：

球化级别：4级（中度球化）

③裂纹形态

断口边缘可见一条裂纹，裂纹延管壁纵向扩展，内部有氧化

（5）试验结果分析

①非金属夹杂物级别属结构钢正常含量，材质没问题。

②中度球化显微组织说明管子使用温度高于常温。由于温度较高，金属基体中碳原子扩散速度加快，碳化物逐渐球化、分散，并向晶界聚集，由此导致材料性能趋于劣化。通常，在有温度和压力的装置中，球化级别为4级的钢管应该进行更换处理。

3.2.4泄漏原因分析

3.2.4.1设计参数与实际运行参数偏差

原设计洗涤水冷却器共处理60t/h除氧水，实际运行中，处理90t/h除氧水（净化洗氨塔30t/h，气化用水量60t/h）。洗涤水冷却器负荷比设计大50%。在第一台洗涤水冷却器使用期间，由于超负荷造成其泄漏，是重要原因之一。第二台洗涤水冷却器使用期间，投用了热电高压锅炉给水，洗涤水冷却器负荷为60t/h，将其工况调整为设计值。

3.2.4.2运行介质发生变化

8.7MPa密封水改造项目投用后，洗涤水冷却器介质由除氧水变为未经过除氧器仅加热至90℃左右的脱盐水和MTO净化水。换热介质发生了变化。未经过除氧器除氧的脱盐水可能会对换热器的使用寿命有一定影响。

3.2.4.3腐蚀原因

由于管束材质是20#钢，最容易造成氧腐蚀，第二台运行介质的变换导致管束内部含氧量增加，进而使得管束内氧腐蚀。而管束外部的循环水，其含氧量更高，所以氧腐蚀会造成很大危害。通过涡流测厚的数据可以看出来，大部分列管均存在不同程度的壁厚腐蚀减薄现象，列管壁厚减薄区域一般以靠近弯管部位及靠近管口部位为多，而且根据测量其腐蚀速率在0.5mm/a，所以在腐蚀上有待进一步解决问题，才能延长其使用寿命

3.2.4.4设备方面原因

冷却器（146E001）解体后发现解体发现部分换热管爆管，虽然材质成分满足要求，但是其管子在成型过程中，可能存在个别换热管管壁很薄强度不够，在制造过程中存在了缺陷，进一步导致了严重后果。

从U型管断裂区域来看，在其煨弯过程中有部分管线也出现了缺陷，本来2mm的壁厚在弯曲时，U型位置外侧变薄，再加上使用过程中U型弯冲刷比较严重，再次变薄，最终导致泄漏。

还有部分管子可能是利旧的管线，因为在分析中有中度球化现象，设备的使用温度达不到材质球化的结果，所以部分管束有可能存在二次成型的可能性，使其碳原子结构发生变换，最终几个因素综合到一起，导致了缺陷的产生，最终影响了设备的使用寿命。

3.2.4.5循环水侧原因

由于洗涤水冷却器在泵房顶上（高于地面13 m），在开车投用循环水期间，对设备预膜时有可能存在不充分的情况，在循环水侧还有部分污泥覆盖了管束，更加无法预膜，进一步产生了垢下腐蚀，产生恶性循环，加速的管束外侧的腐蚀。

3.2.4.6综合因素

根据断裂的位置以及现象分析，管束受热膨胀不均匀，而且出现振动，使得管束出现断裂现象。这也是多重因素导致的结果，因为循环水很脏，覆盖在管束表面导致无法换热从而使得管束局部温度过高。而U型管在受热后，管束的固定板有松动现象，投用介质时压力、温度升速过快，导致管束瞬间断裂，断裂时由于水压过高，形成高压水冲击，进一步影响到周围的管束，产生连锁效应，所以在换热器泄漏初期会出现一根管子泄漏，其周围管子再使用一段时间又出现泄漏。

4 改进措施

根据之前分析结果以及工艺操作的要求，提出了相应的改进措施，首先对洗涤水冷却器的管束进行整体更换，在更换时要满足相应的技术要求；其次在管束的外侧喷涂防腐涂层，即能达到工艺要求的换热效果，也能够保护设备，起到防腐的效果。

4.1管束更换相关要求

首先在设备管束更换过程中，要严把质量关，从管束材质到管束更换过程、检测打压等需要全程监控，保证检修质量，这是设备完好的前提。

4.1.1管束材质要求

（1）U型换热管必须是整根，不允许拼接。全部采用Ⅰ级，外径偏差为±1%D，壁厚偏差为+15%S-10%S，在使用换热管之前，应逐根进行涡流探伤和超声波探伤，进行化学成分分析和力学性能试验。如果不能进行涡流探伤，则换热管应逐根进行水压试验，水压试验的压力值按规范计算取得，以目测无裂纹、无泄漏、无异常变形为合格。

（2）换热管穿管时，应采用立装工艺，尽量使换热管位于所有折流板及其上下管板的管孔的中心位置。

4.1.2焊接要求

（1）焊条材料应采用与相应母材配套，应选用与焊丝配套的焊剂。焊条应采用低氢型焊条。

（2）为保证换热管与管板的焊接质量和焊缝高度，减少返修或不返修，应采取全氩弧焊。焊接工艺应按JB4708-2000或GB151-1999附录B的要求评定合格。

（3）管板与换热管的连接，除有特殊要求外，一般宜采用GB151《管壳式换热器》中规定的强度焊+贴胀结构。

（4）为便于后续的换热管防腐处理，换热管更换时，要求对折流板管孔部位的毛刺进行清理。

4.1.3检验和试验

（1）焊缝无损探伤要求应符合《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定，探伤标准及方法按图纸和JB/T4730-2005中有关规定执行。

（2）组装完成后进行水压试。无论是管程还是壳程进行水压试验时，都要采用干净的不含任何其他任何有害杂质的软水进行，试压用水中的氯离子含量应不超过253×10-6，以防止因为水质造成腐蚀。

（3）水压试验后，按HG20584-2011附录A中B法对壳程进行氨渗漏试验，检查管子与管板焊缝的可靠性。

4.2管束外侧防腐要求

首先要做好防腐前的准备工作防腐前管束的物理处理应采用手工活机械方法去除焊渣以及一些尖锐菱角，并打磨圆滑。

4.2.1表面处理采用喷砂除锈方式

（1）喷砂除锈等级应达到GB8923-2011中的SA2.5级以上；

（2）喷砂所用空气应干燥洁净，砂的硬度和冲韧性不能低于石英砂，喷射距离应在150 mm左右，喷砂角为45°左右；

（3）喷砂处理后的设备，需将灰砂吹干净，接下来的8-12 h进行第一遍喷涂（相对湿度大于80%，禁止喷砂、喷涂）。

4.2.2喷镀质量要求

（1）外观检查，喷镀层表面无杂质、翘皮、鼓包、裂纹、大溶滴及脱皮等现场。

（2）厚度检查用磁性测厚仪进行检查，任何一点厚度值不应于设计规定的最少厚度值，共涂4遍，底漆2遍，膜厚50～30μ；面漆4遍，漆膜总厚度120±30μ。涂层表面应均匀，涂层不得有滴坠、流挂、毛刺等缺陷。每遍涂层在进炉烘烤时，升温速度应缓慢、均匀，并严格按升温曲线升温，严禁骤冷骤热，以免涂层发生龟裂。

（3）孔隙检查：清除涂层表面油污、尘土进行干燥，有浸有铁氰化钠溶液的试纸覆盖表面5—10 min，试纸蓝色斑点不应多于1—3点/cm2。

（4）涂层厚度不得小于120μm，验收时用涂层测厚仪测定涂层厚度，抽查50个点，如果有5个点厚度少于120μm，则可认定产品质量不合格。

5 结束语

洗涤冷却器在维修完成后进行了整体更换，在投用阶段、运行过程都严格防腐设备操作要求进行操作。投用后其换热效果完全能够满足工艺要求，其防腐效果良好，设备运行良好，未出现之前的泄漏情况。

洗涤水冷却器供水连接上下游装置，在出现故障的状况下，不但会造成脱盐水的浪费，而且对于气化装置的机封会造成很大的冲击，一旦机封大面积受损，势必造成全系统的停车，其影响的范围之大可想而知，所以设备的优化改造非常有必要。虽然有一些必要的花费，但是比起停车检修带来的巨大的消耗，其费用可以忽略不计。更换设备后，尤其是进行了相应的优化改造后，既保证了设备的完好率，也给整个系统运行带来可持续而不可计算的隐形利益。

Purification and Leakage of Washing Water Cooler Analysis and Optimization Transformation

Li Jian-hui，Lu Li-fei

Wash water cooler is the purifi cation device deaerator 104 ℃ oxygen scavenging water，circulating water cooling to 40℃，then supply other devices used to play a connecting role in the course of this year，nearly running recurring internal tubes leakage problems，seriously affecting the smooth operation of the internal device and downstream device.For this condition were correlation analysis，and proposed some measures to optimize the transformation.

cooler；bundle；leakage；reconstruction

TQ051.5

A

1003-6490（2016）01-0045-04

2015-12-28

（1985—），男，山东烟台人，工程师，主要从事设备管理技术工作。