再生塔底重沸器失效分析

石油化工腐蚀与防护故障分析与寿命评佔Corrosion& Protection in Petrochemical Industry2009,26(5)再生塔底重沸器失效分析张庆武(中国石油化工股份有限公司荆门分公司,湖北荆门448039)摘要:某炼油化工公司烃类蒸汽转化制氢装置再生塔底重沸器在生产过程中多次发生换热管腐蚀失效,装置被迫非计划停工。文章对该换热管的失效原因进行了较为详尽的分析,并提出了防护措施。选择符合标准的管材;在设备制造过程中严格按規范进行消除应力热处理;更换重沸器为有燕发空间的卧式热交换器,可以提高管子的自振頻率,减小折流板间距等,可有效地防止振动发生;设置消声隔板——设置平行于管子轴线的纵向板或孔板,可以有效地减少声振动和噪声。关键词:重沸器腐蚀分析措施中图分类号:TE985.9文献标识码:B文章编号:1007-015X(2009)05-062-03制氢装置是炼油化工企业重要的辅助生产装从表2可以看出,换热管材质化学成分除N置,再生塔底重沸器是烃类蒸气转化制氢工艺的主的质量分数偏低以外,其他化学成分符合GB13296要设备,其状态好坏直接影响该装置乃至企业2007《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》要求。整个生产系统的平稳运行。近年来,某炼油化工公1.3换热管理化检测司多次发生因再生塔底重沸器换热管腐蚀失效引1.3.1宏观检查起装置非计划停工的情况。为保证装置长周期安宏观检查发现部分换热管在固定管板焊接处全平稳运行,必须找出腐蚀失效原因并加以改进。出现腐蚀和管壁减薄现象,一端无明显减薄,另一端减薄严重,见图1。1综合检测失效的再生塔底重沸器型号为BEM90018.6/0.35-415-7/19Ⅱ,立式,壳体材质为18-8,管束材质为316有缝管。工艺操作条件见表1。表1重沸器的工艺操作条件介质脱碳溶液低变气(主要为K2CO3)(含有20%CO2(甲))温度/℃115~100189-125压力/MPa0.07L.55图1换热管宏观外貌1.1介质成分分析分别在重沸器的壳程出口(富液)和入口(贫1.3.2金相组织液)取样,对样品中可能存在的腐蚀介质进行检选取重沸器管束具有代表性的样品进行检测测检测出S2的质量浓度为0.28-044mg/1,未检测发现在换热管的轴向外表层局部存在网状裂检测出SO2和C1。纹,见图2。未腐蚀部位和裂纹附近的组织均为奥1.2换热管化学成分分析氏体,见图3。另外,在未减薄处的径向局部可观换热管化学成分分析结果见表2。察到,外壁组织为奥氏体,内壁组织为奥氏体加a表2换热管化学成分分析结果w,%铁素体,见图4。结果表明,换热管的金相组织基C收稍中国煤化工换热管试样0.0300.001316.9510.102.22作者一级工程师。1989年毕GB13296-20070.0300.03016.00-12.00~2.00业CNMHG机械专业,26年毕业oCrI7Ni14M18.0015.003.00于华东理工大学动力工程专业,获工程硕士学位,现任中国石油化工股份有限公司荆门分公司计量中心主任第5期张庆武.再生塔底重沸器失效分析本符合标准要求由于=93.5251/45.6264=2.0498>0.5=139.2507/45.6264=3.0520>0.5。所以管束在进口处及折流板间会发生卡门涡旋引起的振动。(4)管束发生紊流抖振的判断:进口和出口处的紊流抖振主频率为:[3.05(1)2+0.28]=86.9573(Hz)图2换热管轴向外表层局部网状裂纹折流板间的紊流抖振主频率为: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。所以管束在进口处及折流板间会发生紊流抖振。(5)声频引发管束振动的判断:图3换热管金相组织声频后==221.9941(Hz)由于=93.525122.9941=0.4213<0.8米=139250711.9=0.630.8。d—换热管外径,m;l纵向的换热管中心距,T——横向的换热管中心距D特中距度,m;;振型数,无因次;C—声速,m/so图4换热管金相组织所以管束在进口处及折流板间声频不会诱发管束振动。2管束振动计算(23由以上计算可知壳体内产生的卡门涡旋和紊(1)换热管的固有频率计算流抖振诱发了管束振动。fn=45.6264(Hz)(2)横流速度冲击引起振动的判断:管束进口3换热管有限元分析处的横流速度V为3.0934m/s;折流板间的横流速通过管——板区焊接有限元计算发现,管度V2为46058m/s;临界横流速度V为板的焊接过程温度场基本上属于准稳态但在焊缝13.5725m/s。因为V1小于V,V2小于V,故在管束末端进口处和折流板间不会因横流速度冲击引起振动中国煤化工(3)管束中发生卡门涡旋引起振动的判断:进4结CNMHG口和出口处的卡门涡旋频率f为93.5251Hz;折(1)无机盐和有机酸对重沸器无腐蚀,重沸器在流板间的卡门涡旋频率fa为1392507Hz。工作过程中不会发生氯离子引起的应力腐蚀开裂。石油化工腐蚀与防护26卷(2)振动计算说明管束在进口处及折流板间应严格按规范进行消除应力的热处理。会发生卡门涡旋而诱发振动,同时诱发紊流抖振。(2)改变重沸器的结构型式或优化结构。建(3)重沸器管—板焊接过程温度场属于准议:采用留有蒸发空间的卧式热交换器“;提高管稳态,但在焊缝末端存在非常不利的残余应力。子的自振频率,减小折流板间距等,可有效地防止(4)管材的正常部位和裂纹附近的组织均为振动发生;设置消声隔板——设置平行于管子轴线奥氏体组织,未见异常。的纵向板或孔板,可以有效地减少声振动和噪声综上所述,换热管的腐蚀主要是CO2引起的将重沸器更换为留有蒸发空间的卧式热交换露点腐蚀。碳酸铁(酸式碳酸铁)组织疏松并附着器后已达到安全运行的目的。在管外壁,受到流体冲刷后腐蚀产物脱落露出新的金属表面,并重新受到腐蚀并循环进行。参考文献换热管在固定管板处产生管壁变薄,裂纹是由工作应力和焊接残余应力引起的局部塑性变形,在1李大东,加氢处理工艺与工程[M].北京:中国石化出版社酸性环境、管束的微幅振动、工作应力和材料的化2004.1257学成分等多种因素影响下,换热管减薄甚至穿孔而2韩启佛译,如何防止热传导设备振动[J].石油炼制译丛导致泄露。1988,(5):30-323cB151-1999管壳式换热器.北京:中国标准出版社,20005改进措施4中国石化股份公司炼油事业部.炼油装置防腐蚀策略[M].北京:中国石化出版社,2008.134(1)选择符合标准的管材,在设备制造过程中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广告信息封一湖北长江石化设备有限公司插二江苏省镇江市远方表面技术工程有限公司封二中国科学院金属研究所封三兰州知本化工科技有限公司插一公益广告封评廿刮杜玄限公司中国煤化工CNMHG