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天骥列管式换热器:丙烯腈装置换热器检修技术

浏览次数: 发布日期:2019-06-20 11:02
列管式换热器专业生产厂家无锡天骥化工2019年6月20日讯  换热器是炼油厂、化工厂等许多部门的通用能量交换设备,在生产中占有重要地位。在丙烯腈装置静设备检修工作中,工程量较大、重复性较多的工作是换热器检修。丙烯腈装置由于部分换热设备物料中含有极度危害介质氢氰酸及剧毒介质丙烯腈,因此对其检修质量要求较高。本文从材料准备、检修技术、紧固方法等三方面对换热器检修的关键点进行了系统分析。在换热器检修质量管理、进度控制、安全受控等三方面进行了探索,使丙烯腈装置换热器检修技术在整体上有较全面的总结。

 

丙烯腈的工业生产方式主要有两种:氰乙醇法和丙烯氨氧化法。由于丙烯氨氧化法生产丙烯腈单程收率可达75%,副产品少(主要为乙腈、氢氰酸和硫酸铵),且均易除去,因此全国共有21套丙烯腈装置,均采用丙烯氨氧化法,产量达206.9万吨。国内某大型石化企业采用丙烯氨氧化法先后建设了多套丙烯腈装置,成为国内丙烯腈主要生产基地 。丙烯腈装置中换热器在静设备检修中占有较大比重,为保证设备及装置的安、稳、长、满、优运行,以第三丙烯腈装置为例,进行了系统化的分析探索,并对换热器检修技术关键节点进行了控制。

 

 
换热器概述

 

第三套丙烯腈装置有49个位号114台生产用主要换热器,均采用列管式换热器,其中1个位号4换热器由于管程和壳程物料均容易结垢且温差较大,采用浮头式结构;4个位号8台换热器采用U管式结构;其余44个位号102台换热器均采用固定管板式结构。49个位号114台换热器分三个工段布置,其中空压工段由于介质和工况较好,12个位号30台换热器均采用固定管板式结构,除E-9406A/B管程需每年均进行一次物理清洗外,其余换热器一般清洗周期都在3年以上;合成工段13个位号25台换热器,其中E-9104A/B、E-9105A/B、E-9106A/B等3个位号6台换热器采用U型管式结构,1个位号4台换热器采用浮头式结构,其中浮头式换热器E-9108A/B/C/D由于管程和壳程工作介质均含有大量有机物,且设备结构较复杂,是静设备检修中的关键点;精制工段24个位号59台换热器,其中1个位号2台换热器E-9120A/B采用U型管式结构,其余换热器均采用固定管板式结构。

 

丙烯腈装置换热器检修主要目的是对换热器进行清洗。丙烯腈装置一般每年进行一次短停检修,需要对22个位号39台换热器进行物理和化学清洗,其中E-9116A/B、E-9119A/B/C、E-9511A/B、E-9512 A/B、E-9513 A/B等5个位号11台固定管板式换热器不但管程需要物理清洗,壳程还需进行化学清洗;4台浮头式换热器E-9108A/B/C/D、2台U型管式换热器E-9120A/B需要抽芯子对管程和壳程均进行物理清洗;其余22台换热器管程进行物理清洗。

 

 
检修技术

 

01
 垫片选型
 
 

 

法兰、垫片及螺栓等三部分组成可方便拆卸的连接结构,普遍应用于各石油化工装置,换热器封头、压力管道及之间的一种常见且重要连接方式,也是炼油、石化、精细化工等行业发生原材料及过程流体泄漏、火灾、爆炸、中毒等事故的主要密封点,由于法兰密封泄漏引起的压力设备及管道失效是当前石油化工设备行业最大的安全隐患。螺栓法兰接头垫片是借助于螺栓的预紧载荷通过法兰压紧垫片,使垫片发生弹性变形,填充法兰密封面与垫片间的微观几何间隙,增加介质的流动阻力,阻止或减少介质的泄漏。但法兰的密封面无论经过多么精密的加工,从微观上讲,其表面总是凹凸不平的存在沟槽,这些沟槽可能成为密封面的泄漏通道,因此必须利用具有弹性的垫片在预紧力作用下,使垫片表面嵌入到法兰密封面的凹凸不平处,将沟槽填没,消除上述泄漏通道  。

 

法兰密封涉及到三个主要元件:法兰、螺栓、垫片;密封失效主要有三种情况:界面及层间泄漏、破坏泄漏、预紧力不足泄漏。在换热器检修中涉及法兰接头密封中三要素中的法兰和螺栓一般不变化,因此需要重点考虑的是密封核心元件—垫片。选用适当类型的垫片是保证良好密封效果的前提。垫片的选型主要是依据操作条件(温度、压力)及该条件下被密封介质的性质。首先,所选垫片的密封压力必须能满足使用压力的要求;其次,所选垫片材料的物理化学性能要适应被密封介质的性质,满足抗腐蚀性和抗氧化性等要求以及不污染被密封介质等;再次,所选垫片要和法兰密封面的型式相匹配。此外,还需要符合相应的标准和规定,参考同行业的使用经验,考虑垫片的经济性等。

 

在丙烯腈装置中,由于工艺流程中含有极度危害介质氢氰酸以及剧毒介质丙烯腈,密封垫片的选择看起来非常艰难,但实际情况却是由于丙烯腈以及氢氰酸对设备及密封的破坏性很小,几乎可以忽略,且工艺生产过程中介质的温度和压都不高,结合十多年来丙烯腈装置换热器垫片使用情况,丙烯腈装置中换热器垫片均采用石墨高强复合垫片即可满足需要。

 

02
 清洗方法的选择
 
 

 

换热器检修的目的通常是为了消漏和清洗。由于丙烯腈装置的生产特点和设备状况,在丙烯腈装置中换热器检修的主要目的是为了清洗污垢。丙烯腈装置换热器污垢是一种极为普遍的现象,它广泛存在于工艺生产的各个传热过程中,是影响装置整体运行周期的瓶颈。污垢沉积物热较高,大大降低了传热速率,有时由于污垢的存在使传热面积需增加100%;即使是用水质较好的新鲜水或者经过调质处理的循环水和脱盐水等冷却,一年后的污垢厚度仍可达到2~3mm 。换热器结垢不但影响工艺介质热交换造成经济损失或装置停车,污垢还会引起垢下腐蚀,缩短设备使寿命,还会造成严重的设备问题。因此换热器的污垢清洗急需在检修过程中彻底解决,并且清洗质量是换热器检修过程中的第一个关键节点,才能确保装置能平稳运行到下一个检修周期。

 

 物理清洗高压水清洗技术是一种通过高压水发生装置,利用水的机械能和物性来清除换热器污垢的清洗技术,是物理清洗技术的一种。相对于传统的机械清洗,高压水清洗技术更能合理地利用水的物性,具有强大的打击力度,清洗效果更好,并且应用更加广泛。高压水清洗不仅能够把人力无法清除的硬垢和软垢全部除去,而且能够使清洗后的管板管口十分清晰,甚至达到了重现金属光泽的程度。高压水清洗的优点有:a.速度快,效率高;b.费用低,耗水少;c.不腐蚀设备,不污染环境;d.安全性高,可以在易燃、易爆的环境中使用;e.清洗质量较好;f.高压水清洗适用于完全堵塞的管子,对于一些人力无法清洗和存在危险的工程清洗,具有较好的清洗效果并且易于实现机械化和自动化。

 

由于高压水清洗在换热器清洗方式中清理速度快且效率高、不腐蚀设备、不污染环境,因此丙烯腈装置中换热器的管束内表面以及抽出芯子的外表面均采用高压水清洗。在丙烯腈装置每年一次的装置短停检修中,需要对拆开后的39台列管换热器管束内表面以及4台浮头式换热器和2台U型管式换热器芯子外表面进行高压水清洗。高压水清洗应用范围较广。高压水清洗喷头小巧灵活,可以做二维和三维的自动旋转,对丙烯腈装置结垢最严重的2个位号5台换热器E-9116A/B、E-9119A/B/C管程清理质量较高。

 

化学清洗:在丙烯腈装置每年一次的装置短停检修中,需要对E-9116、E-9119、E-9511、E-9512、E-9513等5个位号11台列管换热器壳程进行化学清洗。化学清洗是用一种或数种化学药剂及其水溶液,按小型清洗实验结果确定的工艺条件、配比和程序,通过清洗泵、管道及阀组等与被清洗装置构成临时系统,以清除附着于装置工艺侧、冷却水侧各种类型的物料垢、油垢、腐蚀产物、水垢、灰尘砂土等污垢,其原理是利用化学药剂对垢物的溶解作用,即与垢物进行化学反应,生成可溶性盐类或络合物,随清洗液排放,同时反应生成的气体对垢物又可起到疏松剥离作用,加速垢物的清除。

 

化学清洗过程控制需要重点监控腐蚀速率、腐蚀量、除垢率、洗净率等四个指标。工程验收按行业标准HG/T 2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》规定的质量指标和交工验收内容进行,主要内容有:(1)化学清洗工程验收时,施工方应向用户方提交:化学清洗方案、施工记录及各种分析化验数据;(2)由施工方和用户方质量检验员共同对设备进行化学清洗质量检验,清洗质量符合本标准规定后,双方可在表中签字交工。

 

03
 试压与安装
 
 

 

丙烯腈装置生产用换热器采用固定管板式、U形管式、浮头式三种常见列管式换热器。三种列管式换热器可以将其看成三种逐步改进的型式,即浮头式由U形管式演化而来、U形管式由固定管板式演化而来,结构也是逐步简化,因此以贫/富换热器E-9108A/B/C/D的试压与安装进行解析。

 

试压:换热器在物理清洗和化学清洗之后进行试压查漏是换热器检修工作的第二个关键节点。在换热器试压前的准备工作中,除需要常规壳程管口试压盲盖等试压材料外,特别需要注意的是固定管板式换热器试压不需要特别工装、U形管式换热器试压需要1件工装(管箱假法兰)、浮头式换热器试压需要3件工装(管箱假法兰1、外头盖假法兰1、浮头盖假法兰2),见图1。按照浮头式换热器的试压程序,贫/富水换热器E-9108的试压查漏分三步。第一步换热器筒体试压:拆除管箱、外浮头盖、浮头盖,换热器两侧分别管箱假法兰1、外浮头盖假法兰1、浮头盖假法兰2等三个试压环(垫片采用填料绳或胶环),对壳程施压,检查换热器筒体、换热管与管板的连接部位有无泄漏。第二步换热器管程试压:在第一步的基础上拆下试压环,安装管箱和浮头盖(正式垫),对壳程加压,检查管箱和浮头盖有无漏点。第三步换热器整体试压:在第二步的基础上安装外头盖,对壳程施压,检查壳体、外头盖等换热器整体有无泄漏。

 

列管式换热器,列管式冷凝器

图1 浮头式换热器试压工装及浮头侧工装现场安装图

 

安装:对于换热器法兰密封,合理确定和正确控制安装螺栓预紧力成为换热器法兰安全密封的关键,但留下的一个问题是安装螺栓预紧力不是简单地由法兰设计或密封供应商事先规定及选用高质量紧固件就可保证的,安装人员的资历、紧固螺栓工具、密封面及组装质量、拧紧螺栓方式和步骤以及安装工作环境等将最终决定目标螺栓预紧力是否确定、均匀、足量地施加在接头上,有效地控制了换热器法兰密封。实际经验表明75%~80%的换热器法兰密封的泄漏失效不是因为垫片,更多的是与实际安装螺栓预紧力不到位有关 。

 

在丙烯腈装置中为了确保换热器法兰密封螺栓预紧力足够,一部分换热器由于工况较好采用传统紧固方式或用风动扳手紧固即可,另一部分换热器如E-9108A/B/C/D以及E-9102A/B等6台换热器由于结构较为复杂或工况较高,采用液压拉伸紧固法。液压拉伸紧固法不需要旋转螺栓或螺母,直接实施的是轴向预紧力,没有克服摩擦力的无用功浪费,紧固螺栓时操作非常省力。液压拉伸紧固法采用四同步方式按照见图2螺栓紧固次四个对角螺栓同时紧固,液压机每次输出的预紧力为目标载荷1/4-1/3,至少分三次拧紧 。

列管式换热器,列管式冷凝器

 

 
结论

 

本文系统总结了丙烯氨氧化法生产丙烯腈装置中换热器检修技术,分析了丙烯腈装置换热器法兰垫片选取原则以及换热器管程和壳程的常用清洗方式,列举了管壳式换热器中具有代表性的浮头式换热器检修技术,并对易泄漏、检修程序较复杂的换热器检修技术关键点进行了技术分析,希翼给相关技术人员带来一些帮助。

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