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無水氫氟酸生產(chǎn)中列管式換熱器的故障分析及措施

文檔作者：丁運(yùn)玲文檔來源：多氟多化工股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年09月21日
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上一篇：成品油油庫安全分析以及安全措施

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第6期 一6J一
無水氫氟酸生產(chǎn)中列管式換熱器的故障分析
及措施
丁運(yùn)玲
(多氟多化工股份有限公司， 河南焦作454006)
[摘要]列管式換熱器是無水氫氟酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，在生產(chǎn)中曾經(jīng)頻繁出現(xiàn)泄漏和堵塞，需停產(chǎn)檢修，給無水氫氟酸
的生產(chǎn)造成很大影響。為此，我公司經(jīng)過認(rèn)真研究和分析，找出了故障原因，采取了一定的解決措施，延長了換熱器的使
用壽命，降低了設(shè)備檢修成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
[關(guān)鍵詞]無水HF酸，列管式換熱器；故障分析；解決措施
l背景概況
氫氟酸氣體屬于有毒氣體，一旦出現(xiàn)泄漏，
將對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，人接觸后輕者刺鼻、重
者對人體造成傷害。保證無水氫氟酸連續(xù)穩(wěn)定安
全生產(chǎn)的要素有： 生產(chǎn)藝路線通暢、生產(chǎn)設(shè)備選
型正確、生產(chǎn)設(shè)備密封性能好、運(yùn)轉(zhuǎn)正常、生產(chǎn)
不間斷等。為保證無水氫氟酸在滿足新的環(huán)保法
要求下生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定，操作中需重點(diǎn)解決生產(chǎn)設(shè)
備的泄漏和堵塞這兩點(diǎn)， 否則將造成無水氫氟酸
無法達(dá)到生產(chǎn)產(chǎn)能。
無水氫氟酸生產(chǎn)中使用的換熱器， 全部為
列管式換熱器，直接與氫氟酸接觸，一旦發(fā)現(xiàn)泄
漏就需停產(chǎn)檢修，導(dǎo)致生產(chǎn)間斷，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)
穩(wěn)定生產(chǎn)，因此屬于無水氫氟酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)
備。
無水氫氟酸生產(chǎn)用的列管式換熱器按換熱介
質(zhì)的不同分為三類：第一類是用冷凍水冷卻的，
相對應(yīng)的設(shè)備有預(yù)備粗冷、粗冷、一冷和二冷，
材質(zhì)均為碳鋼；第二類是用循環(huán)水冷卻的，相對
應(yīng)的設(shè)備有脫氣塔冷凝器和精餾塔冷凝器，材質(zhì)
均為碳鋼；第三類是用蒸氣加熱的，相對應(yīng)的設(shè)
備有脫氣塔再沸器和精餾塔再沸器，材質(zhì)均為碳
鋼。如何解決換熱器泄漏和堵塞問題，延長換熱
器的使用壽命，己成為提高無水氫氟酸生產(chǎn)率的
關(guān)鍵。曾有一段時(shí)間，我公司無水氫氟酸生產(chǎn)車
間的換熱器頻繁出現(xiàn)泄漏，無法正常生產(chǎn)，為解
決這一難題，經(jīng)過認(rèn)真研究分析，找出了故障原
因，制定了解決措施。
2故障表現(xiàn)
第一類換熱器：該類設(shè)備的絕大多數(shù)故障
均表現(xiàn)為進(jìn)氣端的管板與換熱管之間的焊縫處泄
漏。
第二類換熱器： 該類設(shè)備故障表現(xiàn)均為換熱
管內(nèi)泄漏及堵塞。
第三類換熱器： 該類設(shè)備故障表現(xiàn)大多數(shù)為
換熱管內(nèi)漏及上管板處的外殼泄漏。
3故障分析及解決措施
現(xiàn)將這三類換熱器的故障分析和預(yù)防措施分
別加以敘述。
3．1預(yù)備粗冷、粗冷、一冷、二冷的故障分析及解
決措施
3．1．1故障分析
根據(jù)原化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究所主編的
《化工生產(chǎn)裝置的腐蝕與防護(hù)》一書介紹，碳鋼
在常溫的無水氫氟酸中是耐蝕的，但耐蝕是相對
的，其在各種溫度下的腐蝕速度見表1。
表1 碳鋼在各種溫度下的腐蝕速度
溫度(℃) 腐蝕率(mm／a) 溫度(℃) 腐蝕率(mm／a)
15～ 25 0．O7～O．12 55～ 65 0．6O～ 0．80
25～ 40 0．16～ 0．21 65～8O 0．80～ 1．20
4O～ 50 0．35～ 0．67 8O～9O 2．2～3．2
40～ 55 O．35～ 0．68 12O～ l5O 2．6～3．0
作者簡介：丁運(yùn)玲(1974一)，女，河南焦作人，本科，工程
師，從事化工工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)工作。
一
62一■ 故障診斷 石油和化工設(shè)備
2015年第18卷
在無水氫氟酸生產(chǎn)系統(tǒng)中，第一類換熱器
是最先接觸介質(zhì)的換熱設(shè)備，也是故障最多的換
熱設(shè)備。筆者認(rèn)為究其原因主要是原材料螢石中
含有一定的雜質(zhì)，在反應(yīng)生成氟化氫氣體的同時(shí)
也反應(yīng)生成一定量的水分，雖經(jīng)預(yù)洗滌和預(yù)凈化
處理除去了大部分水分，但進(jìn)入粗冷時(shí)的氟化氫
氣體仍有微量水分存在(800 ppm左右)， 微量
的水分與冷凝中的氟化氫氣體結(jié)合形成微量的氫
氟酸，從而導(dǎo)致設(shè)備入口處管板與換熱管之間產(chǎn)
生焊縫腐蝕， 如果在生產(chǎn)操作中沒有較好地控制
氟化氫氣體中水分含量增加的趨勢，則腐蝕將會(huì)
加劇。多氟多化工股份有限公司剛開車期間，由
于尚未掌握生產(chǎn)控制的規(guī)律，該處的水分控制不
住，就出現(xiàn)過類似情況。
該處泄漏故障的機(jī)理是：任何焊接工藝都會(huì)
在焊縫內(nèi)部存在一定的焊接缺陷，如氣孔、夾渣
等，只是程度不同(即使按射線探傷一級標(biāo)準(zhǔn)也
允許每張照片中有一個(gè)微氣孔存在)。正是由于
焊縫中有微氣孔存在， 因此當(dāng)該類換熱設(shè)備在使
用一段時(shí)間后， 焊縫表面就會(huì)被腐蝕， 因這種腐
蝕是均勻的和極其緩慢的，所以對設(shè)備影響不太
大，但當(dāng)腐蝕至微氣孔暴露后，在氫氟酸極強(qiáng)的
縫隙和孔隙腐蝕作用下，氫氟酸就較快地沿孔隙
腐蝕下去直至穿透焊縫。
總之，生產(chǎn)工藝中氫氟酸的水分含量超標(biāo)是
導(dǎo)致這類換熱器發(fā)生故障的主要原因。
其次，法蘭密封面密封不嚴(yán)，進(jìn)入空氣，空
氣中的水分與氫氟酸氣體結(jié)合，造成對換熱器的
腐蝕。法蘭密封不嚴(yán)也是導(dǎo)致這類換熱器發(fā)生故
障的原因。
3．1．2預(yù)防措施
改善法蘭密封形式，提高密封效果，將平焊
法蘭改成凹凸面法蘭。可避免因法蘭密封不嚴(yán)，
少量空氣進(jìn)入，導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生。
對于焊縫內(nèi)部存在微氣孔的缺陷可從兩個(gè)方
面入手：一是采用氬弧焊打底加電焊罩面或全氬
弧焊的方法， 盡可能減少焊接缺陷。二是嚴(yán)格控
制氫氟酸氣體中的水分。
因粗冷是立式的，在氣體入口管直接對著的
上管板區(qū)域焊縫和換熱管更易被腐蝕， 目前我公
司在粗冷的氣體入口處增設(shè)一四氟擋板，阻止氟
化氫氣體直接沖刷管板，減少管外氟化氫流體對
管板的腐蝕。
3．2脫氣塔冷凝器和精餾塔冷凝器的故障分析及解
決措施
3．2．1故障分析
這類設(shè)備的故障完全是由循環(huán)冷卻水沒有得
到應(yīng)有的處理和控制導(dǎo)致循環(huán)冷卻水顯酸性，不
僅造成換熱管腐蝕嚴(yán)重，并且在換熱管外面形成
大量蒜泥造成堵塞，甚至造成有些殼體腐蝕非常
嚴(yán)重。
3．2．2預(yù)防措施
改善循環(huán)冷卻水的水質(zhì)。將冷卻循環(huán)水全
部收集到一個(gè)循環(huán)水池中，用涼水塔進(jìn)行冷卻，
集中處理，循環(huán)使用。具體操作為：加入藥劑，
制取滿足無水氫氟酸換熱器生產(chǎn)需要的冷卻循環(huán)
水。同時(shí)制定冷卻循環(huán)水的工藝操作規(guī)程，每月
清理一次涼水塔中的淤泥，每天對循環(huán)水池中的
水取樣化驗(yàn)，對冷卻循環(huán)水的硬度、pH值、鈣、
鎂、氯離子等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控， 一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)超
標(biāo)，就采取置換等方式，確保循環(huán)水質(zhì)能滿足工
藝生產(chǎn)要求。
3．3脫氣塔再沸器和精餾塔再沸器的故障分析及解
決措施
3．3．1故障分析
3．3．1．1因無水氫氟酸在沸騰狀況下有界面腐蝕的
特點(diǎn)，之前氫氟酸液位沒有規(guī)定，而管板與換熱
管之間的焊縫不可避免地存在氣孔、夾渣等內(nèi)在
焊接缺陷，帶壓的氫氟酸就是從該缺陷進(jìn)入換熱
管的，使換熱管腐蝕，慢慢地沿以前腐蝕破損處
噴出并腐蝕該部位的管板后再腐蝕穿透殼體。氫
氟酸液位無規(guī)定是導(dǎo)致再沸器發(fā)生故障的主要原
因。
3．3．1．2換熱介質(zhì)的原因。換熱器采用過熱蒸汽加
熱，溫度為180℃ ，參考表1可知?dú)浞嵩诟邷叵?
對碳鋼設(shè)備的腐蝕速度很快，可達(dá)N2．6～3．0 mm／
3_3．2預(yù)防措施
3．3．2．1在確保設(shè)備制造無表面缺陷的前提下， 合
理控制無水氫氟酸的液位(液位高度控制在上管
板之上50～200 mm范圍)。讓界面腐蝕部位發(fā)生
在上封頭的部位，同時(shí)將該部位的保溫做成活動(dòng)
的， 以便定期對該部位進(jìn)行測厚(每月一次)，
發(fā)現(xiàn)壁厚減薄較多后， 安排計(jì)劃停車更換上封
頭，并對換下的封頭進(jìn)行修理做備用。
第6期 丁運(yùn)玲無水氫氟酸生產(chǎn)中列管式換熱器的故障分析及措施 ．63。
3．3．3．2加大對設(shè)備焊接的質(zhì)量控制，確保管板與
換熱管之間的焊縫表面無微裂紋、微氣孔以及焊
縫高度局部低凹的缺陷的存在。
3．3．3．3將原工藝對精餾塔再沸器的加熱介質(zhì)由蒸
汽改為熱水，熱水溫度控制為50±5℃ ，降低高溫
導(dǎo)致氫氟酸對設(shè)備的腐蝕速度。具體操作為：首
先制作一個(gè)熱水槽，材質(zhì)為碳鋼，規(guī)格尺寸：直
徑3000mm×3000 mm (高)，放在氫氟酸生產(chǎn)車
間現(xiàn)場的一樓，在熱水槽中注入一定量的冷水，
將本公司鍋爐房生產(chǎn)的過熱蒸汽用管道輸送到熱
水槽中，待水溫升至50℃ 時(shí)，關(guān)掉蒸汽閥，停止
加入蒸汽，開始用熱水泵將熱水打入精餾塔再沸
器中進(jìn)行加熱。
3_3．3．4更換換熱器材質(zhì)，提高設(shè)備對氫氟酸的抗
腐蝕性能，降低氫氟酸對換熱器的腐蝕速度。將
精餾塔再沸器內(nèi)與氫氟酸接觸的零部件材質(zhì)全部
更換成合金825，將脫氣塔再沸器內(nèi)與氫氟酸接觸
的零部件材質(zhì)全部更換成316L。
4結(jié)論
通過對氫氟酸生產(chǎn)用列管式換熱器的故障分
析，采用上述有效處理措施后，目前我公司的換
熱器使用壽命有了較大程度的延長，如第一類換
熱器的使用壽命從一年延長到三年以上，第二類
換熱器的使用壽命從一年延長到五年以上，第三
類換熱器的使用壽命從一年延長到三年。換熱器
使用壽命延長，減少了換熱器檢修次數(shù)，提高了
換熱設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行周期，降低了換熱器檢修
費(fèi)用，有利于提高無水氫氟酸的產(chǎn)量，公司經(jīng)濟(jì)
效益得以明顯提高。上述作法可為無水氫氟酸生
產(chǎn)用換熱器的設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)提供一定的借鑒
作用。
◆參考文獻(xiàn)
[1】天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院．化工生產(chǎn)裝置的腐蝕
與控制口 匕京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009．
[2】國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編．化工工藝設(shè)計(jì)手冊
tM]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986．
【3】GB150-2011，壓力容器[S】．
(上接57頁)
超聲檢測。
4．3磁粉檢~IJ(MT)
焊前對焊接接頭的焊縫坡口及其兩側(cè)，焊接
接頭在焊后、熱處理和水壓試驗(yàn)后，焊縫清根以
及缺陷返修，連接附件去除之后的容器表面均要
進(jìn)行磁粉檢測，以確保無裂紋類缺陷存在。
4．4滲透檢測(PT)
在無法進(jìn)行和不能用磁粉檢測的部位， 還需
在ISR、PWHT和水壓試驗(yàn)后進(jìn)行滲透檢測。
4．5硬度測試
對A、B和D類接頭進(jìn)行硬度測試，控制硬度
應(yīng)在允許范圍內(nèi)。
◆參考文獻(xiàn)
【1】GB150-201 1，壓力容器【S】．
【2]NB／T47015-2011，壓力容器焊接規(guī)程【s】．
【3]TSGR004-2009，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[s】．
本刊鄭重聲明
近日一些讀者、作者來函來電詢問我刊是否在外地設(shè)有編輯部及某編輯進(jìn)行組稿的問題。本刊特此
鄭重聲明：本刊只有一個(gè)編輯部，設(shè)在北京市西城區(qū)黃寺大街24號院19號樓B219室，聯(lián)系電話：010．
64256689，傳真010-82032623，投稿郵箱：hgbshsb@163．com。本刊在外地沒有所謂的編輯部或分部，從未
委托任何人以本刊編輯的身份進(jìn)行組稿活動(dòng)。請廣大讀者、作者以我刊公布的聯(lián)系方式進(jìn)行辨別并及時(shí)與我

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