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渣水系统换热器损坏原因分析及对策

[日期:2016-08-29] 来源:《氮肥信息》2016年第8期  作者: [字体: ]


渣水工段作为水煤浆气化装置重要的热量回收单元,主要作用是使换热后的冷凝液返回系统重新使用。渣水系统工艺流程:前系统来的黑水进入蒸发热水塔后,在下塔进行闪蒸,气体向上运动,与上部加入的除氧水以及灰水进行逆向接触换热,回收部分热量;不凝气继续向上运动,通过酸性气换热器实现不凝气和蒸汽的分离,酸性气送往火炬燃烧,冷凝液重新返回系统使用;蒸发热水塔下部流出的黑水进入真空闪蒸罐进行闪蒸,使黑水的浓度进一步提高和温度进一步降低,之后进入澄清槽实现灰浆的浓缩,闪蒸出来的气体依靠真空泵在罐内形成的负压向上流动,与真空闪蒸换热器进行换热,冷凝后的冷凝液返回系统重新使用。整个渣水系统完成热量交换主要依靠酸性气换热器以及真空闪蒸换热器,如若换热器工作不正常,系统热量就无法回收,从而会打破系统的热量平衡,使得系统无法运行。以下对我公司渣水系统换热器出现的两种异常情况进行分析,并提出可行的应对措施,以便为同类装置处理类似问题提供借鉴。

1.酸性气换热器换热异常及应对措施

   201572,酸性气换热后温度呈现逐渐上升的趋势,通过相关工艺参数确定进入到蒸发热水塔内部的黑水的流量并没有明显增多,上部加入的冷洗涤水流量也没有异常减少,当时初步分析是循环水温度或者压力变化导致了酸性气温度的缓慢上升。查看历史趋势发现前期装置运行期间换热后的酸性气温度也出现过数次达52 ℃的现象。之后经过1周的运行发现换热后酸性气温度并没有下降的趋势,仍处于缓慢升高的状态,1个月后已经上升至了70 ℃,与此同时偶尔也出现蒸发热水塔超压的现象,对系统的运行和设备的安全产生了一定的影响。而此时查看循环水换热后的温度有明显升高,初步判断为酸性气换热器内漏导致酸性气漏至低压循环水侧,局部出现气阻现象,酸性气换热效果下降。而当时由于酸性气内含有一定量的H2S气体,不能现场就地排放,只能利用停车机会对换热器进行拆检,于是在8月系统切换检修期间对换热器进行了拆检,利用循环水进行查漏,发现从浮头处有一定量循环水的泄漏,呈流水状流出。

    事后分析原因为操作不当导致浮头式换热器管束受热不均匀,使部分管束的膨胀或收缩与大多数管束不同步,从而导致这部分管束产生巨大的热应力,使管束与管板间的焊缝被拉裂而发生泄漏。为保证换热器不再出现相同问题,提出以下应对措施。

    1)一般情况下,冷却器为热源走壳程、冷源走管程,在投用冷却器时,如果在管程中还未充满冷却介质时就投上了热源,就会造成顶部尚未充入冷却介质的管子温度上升到与热源查同的温度,远远高于下部的管子温度,从而产生强大的热应力,使管子焊缝拉裂。因此,要求操作工严格按照操作规程中换热器的投用程序执行操作,禁止随意操作。

2)在停用冷却器时,在壳程介质温度还很高的情况下即切水,可使露出水面的管子温度逐渐上升,当水将切尽时,大部分管子的温度都已升高到热源温度,而最底层的几根管子仍在水中,因温度相差较大,热膨胀量不同,造成底部管子受到非常大的拉应力,焊缝遭到破坏。因此,停用冷却器时注意不要在壳程介质温度还很高的情况下即切水。

3)为了避免类似现象的再次发生,将换热器的垫片改为缠绕垫,同时将紧固螺栓由不锈钢改为碳钢材质,防止螺栓不能随温度的变化而自由变化造成的螺栓松动。

2.真空闪蒸换热器遇到的问题及处理

   系统运行一段时间过后,真空闪蒸罐负压下降,导致真空闪蒸换热后的气体温度逐渐升高。由于装置运行前期出现过管道泄漏导致系统负压下降造成真空闪蒸换热后气体温度升高的现象,当时怀疑是系统有漏点。但通过现场查看发现,系统并没有出现较大漏点,而且将真空泵切换至另一台运行,真空闪蒸罐内的负压和真空闪蒸换热器换热后的气体温度均没有明显变化。排除上述因素后,判断真空闪蒸换热后气体温度高的原因主要有两个方面:第一,由于前期出现数次真空闪蒸罐满液位的情况,而且真空闪蒸罐内的黑水含固量较高,有可能在换热器列管内部形成了一定厚度的灰垢,影响了换热器的换热效果;再者,循环水侧出现了结垢,影响了换热器的换热效率,导致真空闪蒸换热后的气体温度升高。

利用大修机会拆开检查,列管内部以及循环水侧均没有结垢,但循环水侧的挡板损坏脱落。可见,是循环水侧的挡板损坏脱落导致实际流经换热器的循环水量减少了,不足以将系统产生的闪蒸气全部冷凝而导致真空闪蒸换热器后的气体温度升高的。对损坏挡板的焊缝进行查看,发现并不是循环水腐蚀以及焊缝质量本身原因导致的循环水挡板脱落。

查看渣水界区循环水流量以及真空闪蒸换热器前后温度历史趋势发现,运行中多次出现渣水界区循环水流量回零的现象,而且真空闪蒸换热器的前后温度也随循环水流量的变化发生了较大的变化,证明渣水界区的循环水确实没有流量。

经分析,认为真空闪蒸换热器后气体温度升高的原因如下:进入真空闪蒸罐的黑水是连续进入到真空闪蒸罐内部的,在真空闪蒸换热器循环水流量逐渐降低的过程中,循环水侧的换热效果逐渐下降,当流量降到不能满足换热要求时,循环水侧的循环水不断汽化并在换热器上部集聚,最终真空闪蒸换热器内部全部是水蒸气,由于气阻的存在,循环水不能再进入到循环水侧,无法换热,最终导致真空闪蒸换热器后的气体温度逐渐升高至无法控制的地步。

出现气阻时,操作工打开循环水的高点排气阀以及压力表的根部阀,排放换热气内部的水蒸气,换热器内部的蒸汽会逐渐减少,蒸汽占据的空间也逐渐减少,循环水逐渐流经换热器,换热器应该可以逐渐恢复工作,直至系统恢复正常。但在处理换热器气阻时,如果操作工处理方法不当,没有关闭循环进出口阀门而直接打开排气阀排放,由于循环水有一定的压力,就会造成循环水水击现象,多次水击导致了真空闪蒸换热器循环水挡板的脱落。

因此,今后再处理类似问题时,应先关闭循环水进出口阀门,严禁在循环水进出口阀门没有关闭的情况下直接处理循环水的气阻。

3.总结

   酸性气换热器和真空换热器是渣水系统重要的热量回收设备。我公司渣水系统生产运行过程中,酸性气换热器由于未按操作规程操作,导致换热器管束变形,影响换热效果,最终导致换热器损坏;真空闪蒸换热器处理气阻时由于操作不当导致循环水侧挡板脱落。通过分析,找到了问题的原因,也认识到,只有严格执行相关操作规程,正确使用和操作设备,才有利于系统的长周期、稳定运行。

                                  (宁波中金石化  孙广军  杨路)

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