20000ｍ3/ｈ空分设备主换热器泄漏分析及处理
责任编辑：chineselng 浏览：3540次 时间： 2008-04-05 20:37:18
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摘要:1.钟晓龙2.陈刚(1.杭州杭氧股份有限公司石化装备部,杭州市东新路388号 310004;2.南京扬子石化比欧西气体有限责任公司,南京市大厂区 210048) 摘要:20000ｍ3/ｈ空分设备因增压机后冷却器泄漏,冷却水进入铝制板翅式换热器的低压膨胀空气通道,并产生冰堵,使其泄漏,..
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1.钟晓龙 2.陈刚 (1.杭州杭氧股份有限公司石化装备部,杭州市东新路388号 310004;2.南京扬子石化比欧西气体有限责任公司,南京市大厂区 210048) 摘要:20000ｍ3/ｈ空分设备因增压机后冷却器泄漏,冷却水进入铝制板翅式换热器的低压膨胀空气通道,并产生冰堵,使其泄漏,产品氮的纯度由2×10-6Ｏ2下降到147×10-6Ｏ2。通过对空分设备的流程和换热器结构的分析,正确判断了泄漏情况;在此基础上对换热器进行了修复,空分设备产品氮纯度达到了设计值。 关键词:大型空分设备;板翅式换热器;通道;泄漏 中图分类号:ＴＢ657 5 文献标识码:Ｂ 文章编号:1009 9425(2006)01 0047 04 南京扬子石化比欧西气体有限责任公司Ｃ套20000ｍ3/ｈ空分设备1998年由ＰＲＡＸＡＩＲ公司成套供货,采用内压缩流程,其中主换热器组流道采用高、低压混合布置。建成投产以来一直运行正常。 1 故障经过简述 2004年6月24日约13∶30,由于空压机主控电气柜一空气开关跳闸而导致空分设备停车。电气人员进行相关检查并更换空气开关后,于15∶20左右重新开车。夜里值班人员发现主换热器组低压空气(Ａ)流道运行阻力达1ＭＰａ,即判断为增压机后冷器发生泄漏,冷却水进入Ａ流道,导致冰堵。于是,从6月29日至7月1日对主换热器组进行局部加温吹扫,合格后重新开车。发现下塔压差大,水分已进入下塔,说明上次加温不彻底。遂于7月2日开始进行大加温。5日凌晨重新开车,发现氮气产品不合格,从上塔出来的氮气产品纯度为2×10-6Ｏ2,而经过主换热器组换热后达到了147×10-6Ｏ2,表明主换热器组有漏点。 Ｃ套空分设备的主换热器组由6台换热器组成,分成南北各3台的两排。经过排查发现南侧中间的1台换热器有泄漏。将故障换热器的氮气出口管从管网中切出放空后,产品氮气纯度达到了要求。但是,这样处理后,有1/6的产品氮气被放空,损失很大。经过了充分的分析论证后,于2005年4月下旬对故障换热器实施了修复。 2 泄漏情况的分析及判断 6台铝制板翅式换热器单元组装如图1所示,其结构特点是:换热器的工作压力高,各流道工作压差大:Ａ流道2 586ＭＰａ、Ｂ流道5 513ＭＰａ、Ｃ和Ｄ流道0 759ＭＰａ、Ｅ流道3 79ＭＰａ;且封头位置的布置紧凑,接管、封头的壁厚大,给修理造成一定的难度。  图1主换热器组6台换热器单元组装图 主换热器组流道排列见表1,流道排列按表1布置重复7次。可见,所有流道均与Ｄ流道相邻,即假如Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ流道与Ｄ流道存在互漏,都会不同程度地导致Ｄ流道氮气纯度的下降。  20000ｍ3/ｈ空分设备部分流程如图2所示。增压机后冷却器泄漏导致冷却水进入Ａ流道,产生冰堵,使通道泄漏。加温吹扫后发现流道互漏,经过Ｄ流道的氮气纯度从2×10-6Ｏ2下降到147×10-6Ｏ2,而其他流道指标正常,基本可以判定是Ｄ流道与其他流道有互漏。 但为了确定Ｄ流道与哪一个流道存在互漏,在后面的修复工作时,首先进行了互漏流道的检查工作,检查结果也证明只有Ａ、Ｄ流道互漏。 针对Ａ流道泄漏至Ｄ流道的空气量进行了估算,并且对泄漏点做了假设计算,以便对下一步的修复工作给予指导;并对泄漏位置进行了分析。 2 1 泄漏空气量估算 空分设备运行时的氮气流量ＱＮ2=46059ｍ3/ｈ,则泄漏到氮气流道的氧气量ＱＯ2:ＱＯ2=ＱＮ2×147×10-6=46059×147×10-6=6 77ｍ3/ｈ。 6 77ｍ/ｈ。假设只有低压空气(Ａ)流道的空气泄漏到氮气(Ｄ)流道,泄漏的空气量ＱＡＩＲ是: ＱＡＩＲ=ＱＯ2/0 21=6 77/0 21=32 24ｍ3/ｈ。 也就是Ａ、Ｄ流道的互漏导致Ａ流道有32 24ｍ3/ｈ的空气量漏到Ｄ流道,从而,使得氮气纯度降至147×10-6Ｏ2。 2 2 泄漏点大小估算 众所周知,发生冰冻破坏应在换热器的0℃区域。首先假设泄漏点是1个小孔(如图3所示),进而来计算其直径。已知Ａ流道的工作压力ＰＡ=2 586ＭＰａ,Ｄ流道的工作压力ＰＤ=0 759ＭＰａ,且查得2—2断面处空气密度ρ=9 7466ｋｇ ｍ3。针对图示1—1、2—2断面,可以列出气流的伯努利方程:     然而,实际发生冰冻破坏时,从板翅式换热器的结构来看,应是裂纹状,假设裂纹的宽度在0 1ｍｍ左右,则裂纹的长度为43ｍｍ。而产生43ｍｍ长的裂纹实际是不太可能的,因此,漏点应不止1处。后来的检查发现有两处泄漏点。 2 3 泄漏点位置探讨在修复检查时,发现41、107层的低压空气(Ａ)流道和42、106层的氮气(Ｄ)流道分别存在泄漏,漏点不小,能听到呼呼的风声,且手摸上去有明显的感觉。 现来分析破坏的形式和机理(如图4所示)。由于增压机后冷却器泄漏,干燥空气夹带着冷却水进入了约30ｍ高处的主换热器组的低压空气(Ａ)流道进口。空气夹带着水呈雾状在管道中流动,进入封头后,体积扩大,流速降低,夹带在空气里的水从空气里分离出来。 (1)正对着管口的换热器导流口区域因流路较短,分离不充分的半雾状空气进入导流口,流动至0℃区域时积霜,减少了流通面积,增大了流动阻力。 (2)空气向封头两端流动时,因流路变长,流动至41、107层导流口区域时,夹带水从空气里分离出来,流入41、107层导流口,流动至0℃区域积冰,造成冰堵,破坏隔板。不但减少了流通面积,增大了流动阻力,且在加温吹扫后,冰融化,露出破坏点,造成泄漏。 (3)通过41、107层导流口区域再向封头两端流动的空气,因夹带水已经从空气里分离出去,故不会对这部分流道层造成损伤。经过分析后认为,主换热器组内部必定还存在其它因冰堵而造成的隔板变形,只是未顶破而已,将会对产品的使用寿命造成一定的影响。  3 检查修复 3 1 互漏流道的检查 确定互漏流道时,充分利用了空分设备上的阀门,并加部分盲板,以最大限度地减少现场工作量,通过分别对Ａ、Ｂ、Ｅ流道充压来检查Ｄ流道的泄漏情况。 首先,将故障换热器Ｄ流道的进口管道割开,加上盲板,出口端关闭了原来被用来放空受污染氮气而设置的放空阀。然后,通过ＤＣＳ控制系统分别关闭相应流道的阀门,并通过相应的放空、排液或旁通阀分别对Ａ、Ｂ、Ｅ流道充压,用Ｕ型管来检查Ｄ流道的泄漏情况。 经过上述步骤的检查,确认了低压空气(Ａ)和氮气(Ｄ)流道之间有泄漏。 3 2 泄漏层的判定及修复 明确了Ａ、Ｄ流道互漏后,切割下Ｄ流道的封头,用涂肥皂水的方法检查发生泄漏的层,并进行修复。 4 结束语 由于前期技术准备工作做得比较充分,使得后面的修复工作进行得比较顺利,取得了满意的效果。开车后,氮气的纯度指标达到了设计要求。 参考文献: [1]ＪＢ/Ｔ7261—1994铝制板翅式换热器技术条件[Ｓ]. [2]李诗久等.工程流体力学[Ｍ].北京:机械工业出版社,1980.[3]王松汉等.板翅式换热器[Ｍ].北京:化学工业出版社,1984. |
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