丙烯腈装置换热器检修技术解析

王昱龙，梁志敏，乔永利

（中海油东方石化有限责任公司，海南 东方 572600）

换热器是将一种流体（通常是液体）从一端传送到另一端的设备。换热器主要由壳体、管板、管束、折流板、管程和壳程组成。在壳程中设有隔板，用以分隔两种流体。折流板是换热器的核心部件，其主要作用是将流体分成两股或多股，以便于换热。管束是换热器壳体中的主要部分，通过它可以将壳体内的热量传递给流体，并对流体进行加热或冷却。由于换热器在设计上具有结构紧凑、传热效率高、结构简单以及易于维修等优点，目前已经成为石油化工行业中广泛使用的传热设备之一。下面对某丙烯腈装置中换热器检修技术进行详细分析。

1 换热器腐蚀情况

在对某丙烯腈装置中的换热器进行检修时，发现其内部存在大量的腐蚀泄漏情况，并且在换热器的管板和管束上均有不同程度的腐蚀。其中，管板和管束上的腐蚀主要集中在换热器管板的外侧。从该换热器换热管板上发现的腐蚀情况可以看出，管板内侧有大量的白色结垢，并在管板内侧形成了一层腐蚀产物膜，这就证明了换热器管板内侧存在着严重的腐蚀。而管板外侧的腐蚀产物层也较为疏松，其主要是由碳、硅等元素组成。这就表明，在该换热器运行过程中，其内部发生了严重的腐蚀泄漏。为了进一步分析换热器内部存在严重的腐蚀泄漏情况的原因，对该装置中换热器内部进行了取样分析。经分析后发现，换热器内部存在着较为严重的腐蚀泄漏情况，主要是由于该装置中使用的原料丙烯腈具有强腐蚀性。当丙烯腈装置生产过程中遇到了某些特殊条件时（例如，原料丙烯腈在加氢精制时温度较高），便会使得原料中含有较多的强腐蚀性成分。而在这些强腐蚀性成分进入换热器内部后，会对换热器内部产生较为严重的腐蚀。在对该丙烯腈装置中换热器内部进行取样分析时发现，其管板内侧存在较为严重的腐蚀情况。从换热器管板内侧可以看到大量白色结垢物质层，并且其腐蚀程度较大。从这些物质中还可以看到有大量类似碳和硅等元素组成的化合物存在。这些化合物主要是由碳、硅、氧、氮等元素组成。而从管板外侧取样分析结果可以看出，换热器管板内侧存在较为严重的腐蚀情况，且其腐蚀程度也较大，这就说明了换热器内部存在较为严重的腐蚀泄漏情况。

2 换热器材质分析

（1）根据该换热器的使用环境和工况，分析其材质，可以发现在该换热器的管箱内壁、接管外壁以及壳体内壁均存在不同程度的腐蚀。而对于换热器的管箱和接管外壁，其腐蚀情况要比内壁严重得多，因此可以确定该换热器材质为18-8Ni4Mo3Ti，属于一种中碳钢材料。

（2）根据《GB/T3087—2015石油化工设备腐蚀与防护》规定：在腐蚀介质中工作的设备和管道，其材料应满足最低腐蚀要求。从该换热器管箱的腐蚀情况来看，其主要是因为管箱内壁和接管外壁存在腐蚀导致。从该换热器的材质来看，在化学介质中工作的设备和管道，其材料不能满足最低腐蚀要求。

（3）从换热器管箱和接管外壁腐蚀情况来看，其主要是由于在该换热器使用过程中存在较高的温度和压力导致。在该换热器管箱中，温度最高可达到650℃左右，最高压力可达到15MPa左右。因此，当设备在使用过程中，由于温度和压力的升高会导致管箱中产生大量的蒸汽、水蒸气以及其他有害气体，从而产生高温高压蒸汽腐蚀。并且随着压力的升高，也会导致管箱内壁及接管外壁产生较严重的应力腐蚀。

（4）根据《GB/T3087—2015石油化工设备腐蚀与防护》规定：换热器应在制造过程中的温度、压力、介质、腐蚀介质等因素。当管箱内壁及接管外壁出现较严重的腐蚀性介质时，管箱和接管外壁很容易出现较大程度上的应力腐蚀。

（5）根据《GB/T3087—2015石油化工设备防腐》规定：换热器管箱和接管外壁应设置焊接保护层。由于换热器中存在大量的低温介质以及蒸汽等有害气体，如果在焊接保护层后不进行及时的清洗，那么就会导致管箱和接管外壁出现较严重的应力腐蚀。另外，当换热器管箱或接管外壁发生严重腐蚀时，由于受到了较大的应力作用，很容易产生应力腐蚀。所以，为了防止该换热器管箱和接管外壁出现应力腐蚀现象，应该及时地进行清洗和拆卸。

3 换热器拆卸方案

（1）首先检查换热器的基本情况，包括壳程和管束的连接方式、管束的材质、管子的数量以及管子的布置形式等。（2）清洗换热器。对换热器进行全面的清洗，保证换热器内没有杂物。首先用水冲洗，再用压缩空气吹扫干净。然后根据换热器内部的实际情况，将换热器分为若干个部位，先清洗管束和管板，然后依次清洗管程和壳程。（3）对换热器进行除锈处理。首先使用压缩空气对换热器进行全面除锈处理，然后再将除锈后的材料按照一定的比例调和，涂抹在已清理干净的管束和壳程上。（4）焊接新管和管板。把已经装配好的新管管板连接在一起，在管束上涂抹一层焊剂，然后用电焊将管子固定在管板上，再对焊接部位进行打磨处理。把已经组装好的旧管和管板从换热器内全部拆卸出来，然后进行检查确认后再将其放回原位，最后在拆下来的旧管和管板上涂抹一层新焊剂，对其进行固定处理。（5）拆卸换热器内其他零部件，并按顺序将其放回原位。

3.1 对换热器内的各部件进行检查

（1）检查换热器的进出口法兰是否存在泄漏现象，如有泄漏需要及时更换密封垫或密封圈，防止泄漏点扩大，造成事故。（2）检查换热器的各接管与管板的连接是否严密，如果有泄漏现象，则需要将管子和管板全部拆下来进行检查。（3）检查换热器内的管束是否存在损坏、裂纹等现象，如果有应及时更换。（4）检查换热器内各换热管之间的距离是否合理，如果不合理，需要及时进行调整。（5）检查各壳程管束与管板之间是否存在泄漏情况。

3.2 对换热器进行清洗和除锈处理

（1）使用高压水枪对换热器内部的换热管和管板进行冲洗，保证管内没有杂物。（2）使用压缩空气对换热器的内部进行清洗，重点清洗换热器管束内部和壳程内部，并使用压缩空气将管内吹扫干净。（3）使用喷砂机对换热器的管束和管板进行除锈处理，对已经完成的除锈工作进行检查，确认没有遗留问题后方可进行下一步工作。（4）使用喷砂机对换热器内的壳程进行除锈处理，重点清洁换热器的壳程。（5）使用高压水枪对换热器的壳程进行冲洗，并对壳程内的污垢、杂物和油污等杂质进行彻底清理。（6）使用高压水枪对换热器内的管束和管板进行清洗，并对换热器的管束和管板等设备进行除锈处理。

4 换热器修复工艺

（1）换热器的表面处理。拆卸换热器的过程中，需要注意不能对换热器的表面进行磕碰，以免对换热器造成二次损伤。对换热器表面进行清洗，使用无水乙醇或丙酮等清洗剂将表面的油污、锈迹清洗干净。（2）根据换热器的泄漏情况，制定合理的焊接工艺。首先将泄漏处打磨平整，然后用丙酮进行清洗。焊接前，要将接头部位预热到150℃以上。在焊接过程中，要随时检查焊缝的温度，注意不要让焊接材料产生过高的温度，以免影响焊缝金属的力学性能和组织结构。（3）换热器焊缝处涂敷金属防护涂层。用丙酮将焊缝处彻底清洗干净，然后用无水乙醇或丙酮等清洗剂将焊缝处擦洗干净，使表面干燥。如果无法擦拭干净，可以在焊缝处涂敷金属防护涂层。（4）换热器焊后进行热处理。在完成焊接工作后，要对换热器进行热处理，热处理的温度要根据不同材质确定，一般为250～300℃。热处理主要是为了保证焊接材料在焊接后能够拥有一个较高的机械性能和物理性能。热处理过程中，要随时检查焊缝的温度变化情况及焊口温度情况，防止因为温度过高或过低而造成焊缝开裂。（5）换热器焊后进行打磨。在完成上述工序后，就可以对换热器进行打磨处理了。如果管程和壳程之间发生泄漏现象时，可以将两部分管子分别进行打磨处理。打磨完后，需要对换热器进行清洗工作，清洗时要注意清理干净各部件表面残留的焊料和锈层。

5 现场修复过程

（1）首先对泄漏部位进行打磨处理，并用无水乙醇清洗干净，同时将管板表面的油污清理干净。（2）使用磨光机对泄漏部位进行打磨处理，以保证表面粗糙度。同时根据不同的材料特性选择相应的材料作为待修复部位的涂层。对于不锈钢材质，考虑到其抗腐蚀性较好，可直接使用不锈钢材料进行修复，但对于不锈钢与陶瓷材质的换热器，建议使用有机硅材料进行涂层保护。（3）使用无水乙醇将打磨后的部位清洗干净并晾干。（4）根据设备结构形式选择合适的索雷碳纳米聚合物材料，按照比例调和均匀，并将调和好的材料涂抹在泄漏部位。（5）调和均匀后，将调和好的材料涂抹在泄漏部位表面，厚度控制在0.5mm左右。（6）将修复部位用无水乙醇清洗干净并晾干后，在表面刷涂SD7000脱模剂。对于陶瓷材质的换热器，建议使用无水乙醇清洗干净后，使用无水乙醇清洗后并晾干。（7）根据设备结构形式选择合适的工具进行修复。对于不锈钢材质换热器，建议使用砂纸对泄漏部位进行打磨处理；对于不锈钢材质换热器，建议使用无水乙醇对泄漏部位进行清洗干净并晾干；对于陶瓷材质换热器，建议使用砂纸对泄漏部位进行打磨处理。（8）在安装到位后，先进行试压试验，当泄漏压力达到1.5MPa时即可安装换热器。安装过程中要严格按照设计图纸要求进行安装，严禁超温、超压、超电流等操作，确保设备运行安全稳定。（9）当试压合格后，即可开启换热器阀门对换热器内的介质进行加热升温至所需温度。（10）将温度调节至工艺要求后即可投入生产运行。同时对换热器内的介质进行降温处理，直至介质温度降到工艺要求温度以下即可停机。（11）设备停机后对换热器内的介质进行全面清理并将泄漏部位清理干净后方可打开阀门投入生产运行。（12）换热器投入生产运行后要加强对其运行情况的监控，一旦发现问题及时处理。如果发现换热器内介质泄漏严重，要及时向相关人员汇报情况并采取相应措施进行处理。（13）在整个检修过程中要严格按照操作规程及技术要求进行操作，不能因为检修而影响生产的正常运行。（14）现场检修完毕后，要对整个换热设备进行全面检查并对修复效果进行检验确认。

6 结语

综上所述，本文针对丙烯腈装置中换热器进行了检修技术解析，在对换热器的检修过程中，首先，要根据设备的结构特点制定科学合理的检修方案。其次，要合理使用材料，由于换热器的内部结构复杂、材质多样、并且其应用环境较为恶劣，因此，在使用材料时，一定要注意对材料性能进行合理选择。最后，在检修过程中，一定要严格按照规范进行操作，以保证检修质量。