石油化工腐蝕與防護(hù)故障分析與壽命評(píng)佔(zhàn)Corrosion& Protection in Petrochemical Industry2009,26(5)再生塔底重沸器失效分析張慶武(中國(guó)石油化工股份有限公司荊門(mén)分公司,湖北荊門(mén)448039)摘要:某煉油化工公司烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置再生塔底重沸器在生產(chǎn)過(guò)程中多次發(fā)生換熱管腐蝕失效,裝置被迫非計(jì)劃停工。文章對(duì)該換熱管的失效原因進(jìn)行了較為詳盡的分析,并提出了防護(hù)措施。選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的管材;在設(shè)備制造過(guò)程中嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理;更換重沸器為有燕發(fā)空間的臥式熱交換器,可以提高管子的自振頻率,減小折流板間距等,可有效地防止振動(dòng)發(fā)生;設(shè)置消聲隔板——設(shè)置平行于管子軸線的縱向板或孔板,可以有效地減少聲振動(dòng)和噪聲。關(guān)鍵詞:重沸器腐蝕分析措施中圖分類(lèi)號(hào):TE985.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1007-015X(2009)05-062-03制氫裝置是煉油化工企業(yè)重要的輔助生產(chǎn)裝從表2可以看出,換熱管材質(zhì)化學(xué)成分除N置,再生塔底重沸器是烴類(lèi)蒸氣轉(zhuǎn)化制氫工藝的主的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低以外,其他化學(xué)成分符合GB13296要設(shè)備,其狀態(tài)好壞直接影響該裝置乃至企業(yè)2007《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無(wú)縫鋼管》要求。整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。近年來(lái),某煉油化工公1.3換熱管理化檢測(cè)司多次發(fā)生因再生塔底重沸器換熱管腐蝕失效引1.3.1宏觀檢查起裝置非計(jì)劃停工的情況。為保證裝置長(zhǎng)周期安宏觀檢查發(fā)現(xiàn)部分換熱管在固定管板焊接處全平穩(wěn)運(yùn)行,必須找出腐蝕失效原因并加以改進(jìn)。出現(xiàn)腐蝕和管壁減薄現(xiàn)象,一端無(wú)明顯減薄,另一端減薄嚴(yán)重,見(jiàn)圖1。1綜合檢測(cè)失效的再生塔底重沸器型號(hào)為BEM90018.6/0.35-415-7/19Ⅱ,立式,殼體材質(zhì)為18-8,管束材質(zhì)為316有縫管。工藝操作條件見(jiàn)表1。表1重沸器的工藝操作條件介質(zhì)脫碳溶液低變氣(主要為K2CO3)(含有20%CO2(甲))溫度/℃115~100189-125壓力/MPa0.07L.55圖1換熱管宏觀外貌1.1介質(zhì)成分分析分別在重沸器的殼程出口(富液)和入口(貧1.3.2金相組織液)取樣,對(duì)樣品中可能存在的腐蝕介質(zhì)進(jìn)行檢選取重沸器管束具有代表性的樣品進(jìn)行檢測(cè)測(cè)檢測(cè)出S2的質(zhì)量濃度為0.28-044mg/1,未檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在換熱管的軸向外表層局部存在網(wǎng)狀裂檢測(cè)出SO2和C1。紋,見(jiàn)圖2。未腐蝕部位和裂紋附近的組織均為奧1.2換熱管化學(xué)成分分析氏體,見(jiàn)圖3。另外,在未減薄處的徑向局部可觀換熱管化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表2。察到,外壁組織為奧氏體,內(nèi)壁組織為奧氏體加a表2換熱管化學(xué)成分分析結(jié)果w,%鐵素體,見(jiàn)圖4。結(jié)果表明,換熱管的金相組織基C收稍中國(guó)煤化工換熱管試樣0.0300.001316.9510.102.22作者一級(jí)工程師。1989年畢GB13296-20070.0300.03016.00-12.00~2.00業(yè)CNMHG機(jī)械專業(yè),26年畢業(yè)oCrI7Ni14M18.0015.003.00于華東理工大學(xué)動(dòng)力工程專業(yè),獲工程碩士學(xué)位,現(xiàn)任中國(guó)石油化工股份有限公司荊門(mén)分公司計(jì)量中心主任第5期張慶武.再生塔底重沸器失效分析本符合標(biāo)準(zhǔn)要求由于=93.5251/45.6264=2.0498>0.5=139.2507/45.6264=3.0520>0.5。所以管束在進(jìn)口處及折流板間會(huì)發(fā)生卡門(mén)渦旋引起的振動(dòng)。(4)管束發(fā)生紊流抖振的判斷:進(jìn)口和出口處的紊流抖振主頻率為:[3.05(1)2+0.28]=86.9573(Hz)圖2換熱管軸向外表層局部網(wǎng)狀裂紋折流板間的紊流抖振主頻率為:你3.05(1)2+0.28]129.4717(Hz)由于=86.9573/45.6264=1.9059>0.5;J=129.4717/45.6264=2.8376>0.5。所以管束在進(jìn)口處及折流板間會(huì)發(fā)生紊流抖振。(5)聲頻引發(fā)管束振動(dòng)的判斷:圖3換熱管金相組織聲頻后==221.9941(Hz)由于=93.525122.9941=0.4213<0.8米=139250711.9=0.630.8。d—換熱管外徑,m;l縱向的換熱管中心距,T——橫向的換熱管中心距D特中距度,m;;振型數(shù),無(wú)因次;C—聲速,m/so圖4換熱管金相組織所以管束在進(jìn)口處及折流板間聲頻不會(huì)誘發(fā)管束振動(dòng)。2管束振動(dòng)計(jì)算(23由以上計(jì)算可知?dú)んw內(nèi)產(chǎn)生的卡門(mén)渦旋和紊(1)換熱管的固有頻率計(jì)算流抖振誘發(fā)了管束振動(dòng)。fn=45.6264(Hz)(2)橫流速度沖擊引起振動(dòng)的判斷:管束進(jìn)口3換熱管有限元分析處的橫流速度V為3.0934m/s;折流板間的橫流速通過(guò)管——板區(qū)焊接有限元計(jì)算發(fā)現(xiàn),管度V2為46058m/s;臨界橫流速度V為板的焊接過(guò)程溫度場(chǎng)基本上屬于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)但在焊縫13.5725m/s。因?yàn)閂1小于V,V2小于V,故在管束末端進(jìn)口處和折流板間不會(huì)因橫流速度沖擊引起振動(dòng)中國(guó)煤化工(3)管束中發(fā)生卡門(mén)渦旋引起振動(dòng)的判斷:進(jìn)4結(jié)CNMHG口和出口處的卡門(mén)渦旋頻率f為93.5251Hz;折(1)無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)酸對(duì)重沸器無(wú)腐蝕,重沸器在流板間的卡門(mén)渦旋頻率fa為1392507Hz。工作過(guò)程中不會(huì)發(fā)生氯離子引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。石油化工腐蝕與防護(hù)26卷(2)振動(dòng)計(jì)算說(shuō)明管束在進(jìn)口處及折流板間應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理。會(huì)發(fā)生卡門(mén)渦旋而誘發(fā)振動(dòng),同時(shí)誘發(fā)紊流抖振。(2)改變重沸器的結(jié)構(gòu)型式或優(yōu)化結(jié)構(gòu)。建(3)重沸器管—板焊接過(guò)程溫度場(chǎng)屬于準(zhǔn)議:采用留有蒸發(fā)空間的臥式熱交換器“;提高管穩(wěn)態(tài),但在焊縫末端存在非常不利的殘余應(yīng)力。子的自振頻率,減小折流板間距等,可有效地防止(4)管材的正常部位和裂紋附近的組織均為振動(dòng)發(fā)生;設(shè)置消聲隔板——設(shè)置平行于管子軸線奧氏體組織,未見(jiàn)異常。的縱向板或孔板,可以有效地減少聲振動(dòng)和噪聲綜上所述,換熱管的腐蝕主要是CO2引起的將重沸器更換為留有蒸發(fā)空間的臥式熱交換露點(diǎn)腐蝕。碳酸鐵(酸式碳酸鐵)組織疏松并附著器后已達(dá)到安全運(yùn)行的目的。在管外壁,受到流體沖刷后腐蝕產(chǎn)物脫落露出新的金屬表面,并重新受到腐蝕并循環(huán)進(jìn)行。參考文獻(xiàn)換熱管在固定管板處產(chǎn)生管壁變薄,裂紋是由工作應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力引起的局部塑性變形,在1李大東,加氫處理工藝與工程[M].北京:中國(guó)石化出版社酸性環(huán)境、管束的微幅振動(dòng)、工作應(yīng)力和材料的化2004.1257學(xué)成分等多種因素影響下,換熱管減薄甚至穿孔而2韓啟佛譯,如何防止熱傳導(dǎo)設(shè)備振動(dòng)[J].石油煉制譯叢導(dǎo)致泄露。1988,(5):30-323cB151-1999管殼式換熱器.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,20005改進(jìn)措施4中國(guó)石化股份公司煉油事業(yè)部.煉油裝置防腐蝕策略[M].北京:中國(guó)石化出版社,2008.134(1)選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的管材,在設(shè)備制造過(guò)程中Analysis of Failure of Regeneration Column Bottom ReboilerZhang QingwuSINOPEC Jinngmen Petrochemical Company( Wuhan, Hubei 448039)Abstract The steam reforming hydrogen generation plant has to be unschedulely shutdown many times because of corrosion failure ofheat exchanger tubes in regeneration column bottom reboiler. The causes of failure are analyzed in detail. Eective protection andprevention measure are proposed such as selection of right materials for the tubes in accordance with applicable standards, heattreatment to release stress based upon the procedures in the standard in the process of fabrication, replacement of horizontal heatchanger to increase tubes- vibration frequency and reduce spacing of rod baffles so as to prevent vibration as well asinstallation of sound-insulation plate to minimize sound vibration and noiseKeywords: reboiler, corrosion, analysis, measure廣告信息封一湖北長(zhǎng)江石化設(shè)備有限公司插二江蘇省鎮(zhèn)江市遠(yuǎn)方表面技術(shù)工程有限公司封二中國(guó)科學(xué)院金屬研究所封三蘭州知本化工科技有限公司插一公益廣告封評(píng)廿刮杜玄限公司中國(guó)煤化工CNMHG