2006年底我公司更新1套中压变换系统，开车不到1 a，固定管板式的中压变换热交换器气体温度指标失常，判断为中压变换热交换器列管出现了严重内漏。将发生内漏的换热器拆开检查，发现靠近下管板100～300 mm处换热管（冷煤气进口侧）断裂，断裂处换热管腐蚀严重，换热管失去金属光泽，换热管材质组织疏松并变厚，强度很低。为尽快消除此重大缺陷，当时按照设备原图重新制作了1台并更换，但换上第2台中压变换热交换器后仅半年，中压变换热交换器又出现不正常状况，判断换热器又发生了严重内漏。
1.变换系统原气体流程
半水煤气由压缩机加压至1.8～2.0 MPa，经除油后进入饱和塔底部，与塔顶喷淋下来的145～150 ℃热水逆流接触，使气体被加热并增湿，半水煤气被加热到130 ℃左右并带出一定量的水蒸气，从饱和塔顶部出来；经汽水分离器分离夹带的液滴后，半水煤气（冷气，温度130 ℃）进入热交换器管内，与变换炉来的变换气（热气，温度350 ℃）换热，半水煤气与蒸汽混合气体被加热到210 ℃左右，配入一定量的中压蒸汽调节气汽比至0.2左右（温度220～230 ℃），进入第一变换炉上段进行CO变换反应。从第一变换炉上段出来的330～350 ℃变换气在增湿器内与喷淋的脱盐水顺向接触，换热增湿后进入第一变换炉下段继续进行CO的变换反应，使第一变换炉出口CO含量降到11.28%以下。从第一变换炉出来的变换气温度为350 ℃，经增湿器调温至220 ℃左右后进入第二变换炉一段继续进行CO变换反应；二变炉一段出口275 ℃左右的变换气进入热交换器管间，降温至210 ℃左右后进入调温水加热器继续冷却，之后进入后续工艺流程。
2.原因分析
针对中变热交换器出现的问题，公司组织技术人员分析、查找设备及工艺等方面的原因，最后认定换热器列管腐蚀是由应力腐蚀所造成。因为应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性；二是存在足够大的拉应力。该换热器材质全部为奥氏体不锈钢，其在常温下具有很好的耐腐蚀性，但当环境温度高于120 ℃时，含HS-、Cl-等的腐蚀性介质对奥氏体不锈钢的腐蚀加剧。入口温度135 ℃的半水煤气中含有H2S及饱和水蒸气，高温潮湿的腐蚀性气体很容易在煤气进口处的列管内壁表面形成微小凹坑，产生细长的裂缝，具备应力腐蚀的第一个基本条件；另外，该换热器换热管内气体温度低于管间气体温度，壳体的受热膨胀量大于换热管的受热膨胀量，因此在工作状态中换热管会受到拉应力，也就具备了应力腐蚀的第二个基本条件。因此，我们确认，换热管的腐蚀断裂是应力腐蚀造成的。
3.处理措施
（1）换热器结构形式调整
为了消除换热管的拉应力，将换热器上固定管板改为上浮头式结构，并在上浮头与外接管之间设置填料密封，使换热器上管板可以在外筒内上下移动，以便减小或消除换热管的拉应力。2008年底将新结构的换热器应用到生产系统中，可是2009年底又发现热交换器开始内漏，但内漏程度比之前的固定管板式轻微一些，尚可维持运行。2010年2月底，借原厂区系统全部停产搬迁的机会对换热器进行解体检查，发现和之前的2台换热器腐蚀情况基本相同。为了节约搬迁资金，将发生内漏的中变热交换器的封头、管板和壳体利旧，更新换热管，修复后安装在了新厂区净化261系统，于2011年8月系统开车投入使用。2013年4月，热交换器管内再次出现内漏。
对比搬迁后的另一套变换装置（260变换系统），其热交换器同为利旧设备，1993年左右制造，在老厂区变换系统使用近20 a，搬迁过来后又使用了近1 a，却没有发现内漏，但该换热器的气体流程与被腐蚀的261系统换热器不同，其热气体走的是管内，冷气体走的是管间，换热器列管工作状态受到的是压应力而非拉应力，不会形成应力裂纹，腐蚀性气体对管壁的渗透降低，因此腐蚀程度大大降低。而浮头式换热器由于没有改变气体流程，列管所受拉应力依然存在，只是程度上有所降低，造成应力腐蚀的因素依然存在，这应该是造成261系统换热管腐蚀断裂的主要原因；其次，260换热器采用两段换热串联，而261系统为一段整体换热，两段和整个一段换热相比，每一段的长度只是整个一段换热管和筒体长度的4/10和6/10，而热膨胀是温差和长度的乘积，膨胀量是应力产生的主要原因，所以260换热器换热管和筒体受到的应力也就减小了很多，从而延长了换热器的使用寿命。
通过对这2套变换系统换热器的分析对比，公司决定将261系统的换热器改为上、下两段串联的固定管板式换热器，上段换热面积占4/10，下段换热面积占6/10，管内由一段筒体相连，管间由4根管道相连。
（2）改变气体流程
半水煤气（冷气，130 ℃）由上段的上部进入管间，与上段换热管内气体换热，向下通过管间和与下段相连的4根连接管进入下段管间上部，与下段换热管内气体换热，到下段下部管间接管排出，使冷气升温；变换气（热气，275 ℃）由下段下封头进入下段管内，与下段换热管间冷气换热，向上通过上、下段之间筒体进入上段换热管内，与上段换热管间气体换热，再由上段上封头出口管排出，对热气进行降温。
4.处理效果
2013年6月，热交换器制造、安装完成，使用至今，已有近2 a的时间，没有发现泄漏，说明改造是成功的。今后使用中一定要注意加强热交换器上段上部筒体腐蚀情况的检测。
（河北金万泰 李明太）