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石腦油加氫裝置反應(yīng)換熱器內(nèi)漏原因分析與解決措施

文檔作者：梅軍文檔來源：中國石油廣西石化公司生產(chǎn)一部		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月21日
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第4l卷第10期
2012年10月
化工技術(shù)與開發(fā)
Technology &amp;amp; Development of Chemical Indust~
V01．41 No．10
Oct．2012
石腦油加氫裝置反應(yīng)換熱器內(nèi)漏原因分析與解決措施
梅軍
(中國石油廣西石化公司生產(chǎn)一部，廣西欽州535000)
摘要：對石腦油加氫裝置原料與反應(yīng)產(chǎn)物換熱器管束泄漏的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過和設(shè)備狀況進行了描述。對管束泄漏的
原因進行分析，認為主要是換熱器殼程流體誘發(fā)的振動導(dǎo)致管束的破壞。對泄漏的管束提出了修復(fù)方案，并提出
了生產(chǎn)實踐中可以采取的防止換熱器流體誘發(fā)振動的措施。
關(guān)鍵詞：石腦油加氫；原料與反應(yīng)產(chǎn)物換熱器；管束泄漏；流體誘發(fā)振動
中圖分類號：TE 974．+4 文獻標識碼：B 文章編號：1671 9905(2012)10—0059-03
1 換熱器泄漏的情況
本石腦油加氫裝置以直餾石腦油、加氫石腦油
和催化中汽油為原料，經(jīng)加氫反應(yīng)后生成精制石腦
油經(jīng)下游輕烴回收單元分離后作為連續(xù)重整的原
料。裝置投入運行近半年后發(fā)現(xiàn)精制重石腦油硫含
量超標(指標要求≯0．5×10 )。圖1是重石腦油
硫含量分析數(shù)據(jù)。此后數(shù)月，重石腦油硫含量一直
超指標。
時l司
圖1 重石腦油硫含量分析數(shù)據(jù)
經(jīng)過調(diào)整反應(yīng)溫度、原料注硫量、原料油比例
等操作條件后，石腦油硫含量指標仍未好轉(zhuǎn)?？紤]
到自開工以來，裝置混合進料中本身的硫含量范圍
就在50×10～～100×10 之問，初步懷疑為混合原
料／反應(yīng)產(chǎn)物換熱器內(nèi)漏。在對E101A／G管程人
口(即反應(yīng)器出口)、冷高分離罐出口、石腦油分離塔
底采樣分析后，確定是混合原料／反應(yīng)產(chǎn)物換熱器
E101A／G中的一臺或多臺內(nèi)漏。因為殼程的混合原
料壓力高于管程的反應(yīng)產(chǎn)物壓力，內(nèi)漏只可能由殼
程往管程漏，而殼程的混合原料中硫含量較高，所以
管程的反應(yīng)產(chǎn)物串人了含硫量比較高的石腦油，最
終導(dǎo)致下游輕烴回收裝置的重石腦油含硫量超標。
El01共有7臺，換熱流程見圖2。
反應(yīng) 混合
產(chǎn)物進原料出
E101A
[
E101B
E101C
[
E101D
E101E
[
E101F
反應(yīng) 混合
產(chǎn)物出原料進
圖2 混合原料，反應(yīng)產(chǎn)物換熱流程
該換熱器為U型管換熱器，折流板形式為雙弓
形，型號為BIU1500．5．4／6．6 905．6．65／19．2 I。該組
換熱器的材質(zhì)及相關(guān)參數(shù)見表1、表2。
表1 換熱器材質(zhì)
管程工作殼程工作 管程工作殼程工作
壓力／MPa壓力／MPa 溫度／℃ 溫度／℃
2 換熱器鑒定情況
由于El01中7臺換熱器均沒有副線，要檢修換
熱器就必須停工，故裝置于2011年12月份進行停工
作者簡介：梅軍，男，中國石油廣西石化公司助理工程師，電話：15907773082，E— mail：meijun@petr~hina．con．cn
收稿日期：2012．07．30

第10期 梅軍：石腦油加氫裝置反應(yīng)換熱器內(nèi)漏原因分析與解決措施 61
則的非穩(wěn)定流動狀態(tài)，整個管束處于不均勻力場中，
因而管束極易因流體流動的各種激發(fā)力而誘發(fā)振
動。如果各種振動的周期及其相位耦合，相關(guān)波疊
加的結(jié)果可能產(chǎn)生大振幅的振動，引起管子與折流
板的沖擊。管子與管子的碰撞和磨壓，致使管子變
形、疲勞、磨損乃至斷裂。
換熱器流體誘發(fā)的振動有5種破壞形式：
(1)碰撞損傷。如果傳熱管振動的振幅比較
大，就會導(dǎo)致管子之間，外圍的管子與殼壁之間不
斷碰撞，久而久之，管壁會變薄，最終破裂。這就
是碰撞造成的破壞。
(2)折流板切割。為了便于換熱管在組裝時容
易穿過所有折流板上的管孔，管孔一般比換熱管的
外徑大0．4—0．7ram。由于存在間隙，管子在振動時
不斷撞擊折流板管孑L，猶如遭到折流板的切割。特
別是在折流板很薄且其材料較管材更硬時，切割作
用更為明顯，因而導(dǎo)致管壁變薄或出現(xiàn)開口。
(3)冶金失效。振動使換熱管產(chǎn)生交變應(yīng)力，導(dǎo)致
管子表層的氧化層脫落，管子表面留下坑點。在坑點
處引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致管子失效，縮短了管子的壽命。
(4)管與管板連接處泄漏。用脹管法固定到管
板上的管子，在振動時呈彎曲變形。與管板接合處
的管子，受力是最大的。管子有可能從脹接處松開
或從管孔中脫出造成泄漏甚至產(chǎn)生斷裂。此外，尖
銳的管孑L邊緣對管壁也有切割作用。類似的破壞形
式也可能發(fā)生在管子與管板焊接的連接處。
(5)應(yīng)力疲勞失效。如果管子材料本身存在缺
陷，或者由于腐蝕和磨損產(chǎn)生了裂紋等缺陷，在振動
引起的交變應(yīng)力作用下，位于主應(yīng)力方向上的裂紋
就會迅速擴展，最終導(dǎo)致管子疲勞失效。
觀察E101A的芯子，發(fā)現(xiàn)該換熱器芯子管束破
壞形式符合換熱器流體誘發(fā)的振動中的2種破壞形
式，即折流板切割和管與管板連接處泄漏。
4 舊換熱器芯子修復(fù)
裝置在停工之前按E101A／B標準，定做了2臺
304材質(zhì)的換熱器芯子。鑒于E101A芯子的斷裂情
況，裝置決定先更換新的芯子。待開工后，再修復(fù)舊
的芯子。經(jīng)與設(shè)計院討論，管束修復(fù)方案如下：在靠
近管板側(cè)的第1塊折流板與管板之間截面上，增設(shè)2
塊弓形折流板。新增設(shè)的折流板與管板之問的距離
為610mm，折流板間距仍為470mm。增設(shè)折流板的
目的是加固殼體進口區(qū)域的管子，減小該區(qū)域管束
的流體誘發(fā)振動。另外在E101A殼程進口處的換熱
器芯子上增設(shè)了導(dǎo)流筒。圖8是導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)圖。
圖8 導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)圖
設(shè)置導(dǎo)流筒不僅可以防止入口處流體對管子的
沖擊，而且可以使殼程流體分布均勻，并且使殼程進
口段管束的傳熱面得到充分利用，減少傳熱死區(qū)，以
及防止進口段可能會出現(xiàn)的流體振動。
5 結(jié)語
隨著管殼式換熱器趨于大型化，并且，由于換熱
器尺寸和管束支撐間距的增大，以及流體流速提高、
運行工況不穩(wěn)定等因素影響，經(jīng)常引起換熱器管束
發(fā)生流體誘導(dǎo)振動，造成換熱器局部失效。在生產(chǎn)
實踐中可以采取以下具體的抗振方法：
(1)制定合理的開停工程序，加強在線監(jiān)測，嚴格
控制運行條件，在流體入口前設(shè)置導(dǎo)流簡，既可以避免
流體直接沖擊管束，降低流速，又可以減小流體脈沖。
(2)降低殼程流體流速可以降低流體誘導(dǎo)振動
的頻率，是防止管束振動最直接的方法，但同時傳熱
效率也會隨之降低。
(3)適當減小折流板間距，增大管壁厚度和折
流板厚度，折流板上的管孔與管子采用緊密配合，間
隙不要過大，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加管束固有頻
率，使流體誘導(dǎo)振動頻率遠離管子固有頻率。
參考文獻：
【1】曹向云，潘恒．管殼式換熱器的振動與防止IJ1．貴州化工，
1995(3)：46．50．
[2]戴波，柳紅．管殼式換熱器聲振動探析嘰當代化工，
2001．30(1)：51-52．
Leakage Reason Analysis of Naphtha HydrOgenatiOn Reactor Heat Exchanger
and SolutiOn
M EI Jun
(PetroChina Guangxi Petrochemical Company，Qinzhou 535000，China)

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