某廠氯乙烯裝置急冷塔氣不銹鋼冷凝器泄漏，造成設備腐蝕，裝置停車。通過對不銹鋼冷凝器管束進行宏觀檢查、冷卻水水質分析等方法，對其泄漏原因進行分析并提出針對性的防范措施，有效保證了裝置安全穩定生產。

1、急冷塔氣不銹鋼冷凝器基本情況

急冷塔氣不銹鋼冷凝器結構形式為固定管板式換熱器，規格參數為覫1300mm×19mm×10197mm，換熱面積772.6m2，殼程和管程的材質皆為碳鋼。具體運行參數見表1。2017年9月22日發現20TT402A循環水側pH值在線分析儀數值急劇下降，之后幾小時內循環水側溫度明顯上升，判斷設備泄漏，對不銹鋼冷凝器堵管試壓消漏，監控運行。10月12日發現20TT402B循環水pH值急劇下降，緊急停車，由于泄漏較多，更換備用換熱器。

2急冷塔氣不銹鋼冷凝器腐蝕情況分析

2.1介質造成的腐蝕

不銹鋼冷凝器工藝介質含有無水HCl，通過比較，各工藝專利商在此設備的選擇上均選擇了碳鋼材質。通過對不銹鋼冷凝器管板和被腐蝕掉的換熱管內壁檢查，并無明顯的腐蝕，由于換熱管內介質的流動性好，微量水分在管內淤積的可能性很小，從換熱管內部向換熱管外腐蝕的可能性很小。將已經失效換熱管切開觀察其內壁形貌，可以基本排除管程側工藝介質腐蝕的可能。

設備殼程側為循環水，切開20TT402B北端筒體后發現，設備頂部的換熱管雖然未有大量酸浸泡產生的腐蝕至穿孔，但設備的表面金屬光澤已經基本看不見，有兩種可能：一是該換熱器的殼程全部遭受過酸的侵蝕；二是循環水中有可能存在對碳鋼快速腐蝕的介質。查閱循環水污垢沉積率、碳鋼掛片腐蝕率統計數據，指標均小于循環水控制指標。并且循環水系統為新建裝置，運行周期不到一年，除水中含有泥沙外，其他指標及填料、旁濾等運行情況良好，可見循環水水質不是導致泄漏的直接原因。

換熱器折流板采用雙弓形水平切口，換熱器循環水出口端底部較后一塊折流板與管板之間存在一個死區，在此區域，換熱器底部大約12層換熱管被淤泥所覆蓋，此部分換熱管已經大量腐蝕。通過查看腐蝕點的情況，可以判斷是由于外表面腐蝕造成的表面腐蝕直至較終穿孔。該部分換熱管大量腐蝕的原因可能是在中部的換熱管腐蝕穿透后，工藝側介質泄漏到循環水中，由于死區及淤泥的存在，工藝側泄漏的HCl不能被循環水或后期沖洗水帶走，大量腐蝕性鹽酸殘存在淤泥中，碳鋼材質的換熱管浸泡在含鹽酸淤泥內造成嚴重的次生腐蝕。

2.2不銹鋼冷凝器管束振動問題

在介質有相變或流體的介質擾動頻率與不銹鋼冷凝器管束固有頻率接近或周期頻差時，換熱器管束振動導致的換熱管損壞。有兩種可能：一是由于設計時換熱管未支撐距離過長；二是換熱管與折流板的配合間隙過大致使該部位支承不起作用，其結果同未支撐距離太長一致。

換熱管的高頻振動，在換熱管與折流板配合接觸部位或者管板與換熱管配合接觸部位，發生磨蝕或不斷高頻碰擦使金屬材料硬化加劇，較終會導致材料脆性斷裂，通常會先產生一個徑向的凹槽，后逐漸減薄，較終局部穿孔或斷裂。換熱器的設計除了遵循GB/T151-2014《熱交換器》標準規定無支撐距離較大限值和管板與換熱管及折流板的配合公差外，還有換熱器設計專用軟件，對不合理布置，若有振動會預警提示設計人員作相應的調整，直至確保換熱器的管束不出現振動，設計條件已經避開振動布置，設計圖紙也是符合GB151-1999《管殼式換熱器》（之前舊版標準）有關規定，所以基本排除設計先天不足因素。

設計圖紙上的尺寸和制造公差本身沒問題，但制造的實物控制也是很重要的質量管控環節。當換熱管與折流板配合間隙過大，尤其是靠近兩側管板的、二兩組折流板在制造的過程中，某個管孔的正偏差過大，導致換熱管未能獲得很好的支撐，則換熱管有可能產生劇烈振動導致損壞。表現出特征是個別換熱管的失效。通過對不銹鋼冷凝器的結構分析：在不銹鋼冷凝器循環水出口端，有可能因這個問題造成損壞的換熱管位于13~43層（由下往上），損壞位置為靠近北端的位置，距離管板約1.3m處。不銹鋼冷凝器循環水進口端，較有可能因振動造成損壞的位置是換熱管0~11層（由下往上），靠近南端管板或距離管板約1.2m處。這是因為該兩部位部分換熱管無支承距離較大，若還因換熱管與折流板配合間隙過大存在的話，無疑加大無支撐跨距。在已失效兩臺不銹鋼冷凝器來看，在位于循環水出口端管板和第二折流板區域內的中部或中上部腐蝕的個別換熱管失效導致泄漏。

2.3設備本體材料或制造缺陷的影響

觀察了20TT402B的管板，并無明顯的焊接、制造缺陷。轉動該設備的換熱管，大部分比較緊實，說明折流板的開孔多數應該能滿足要求，但無法排除個別開孔偏差過大或換熱管的幾何尺寸偏差過大的可能。也發現折流板上下應有的排氣和排污口實物沒有加工（圖紙有設計），這可能會導致換熱器不凝氣排放不徹底，折流板間無法正常排污，影響換熱器換熱效率，同時不銹鋼冷凝器位于框架三層平臺處，循環水進裝置末端，循環水流速較低，易引起循環水側污垢沉積，并造成換熱死區的進一步加劇。

觀察被腐蝕掉的換熱管，除了表面的點蝕外，還出現了經向的溝槽狀腐蝕，并且換熱管金屬組織出現碳化現象（金屬中的碳以石墨形式析出），該換熱管的材料本身存在一定缺陷，金屬組分不均勻或有夾雜物。

3不銹鋼冷凝器泄漏防范措施

3.1工藝指標監控

工藝介質中含有HCl，應注意工藝側的手動取樣及在線水分分析儀表的數據。當水分含量達到20×10-6以上時，就會對碳鋼設備產生腐蝕，所以時刻控制系統內物料的水分含量。

對于工藝介質側壓力高于公用物料側的換熱器來說，應注意公用物料側的手動取樣及在線分析儀表的數據。循環水側設置有pH值在線分析儀和手動取樣分析點。因循環水中不可能存在VCM，故而可以通過定期手動取樣分析循環水中的VCM含量來判斷是否有泄漏。在剛開始出現泄漏的時候，因有大量循環水在殼側流動，pH值在線分析并不能馬上表現出pH值急劇下降，但通過仔細觀察pH值分析儀的趨勢，可以判斷出泄漏情況，在確認pH值儀完好情況下，當pH值有逐步連續下降的趨勢，表明已經存在工藝介質竄到循環水系統，換熱器已泄漏，而當pH值急劇下降，則表明換熱器有的換熱管已經嚴重破裂或斷管。兩種方式相結合，可以早期預判輕微泄漏，從而避免泄漏和腐蝕的大面積擴散，造成更大次生腐蝕失效，防止設備的嚴重損壞，亦可減少對系統的沖擊。

3.2循環水管理

該項目中，不銹鋼冷凝器殼程側走循環水，并且設計為固定管板式換熱器，無法進行機械清洗，化學清洗并不能達到很好的效果，為延長換熱器的使用壽命，首先應注意循環水水質的控制，對進入界區的循環水水質進行定期的分析；其次，應注意設備殼側底部的排污，建議采用脈沖式排污，即定期開啟排污閥進行排污，以減少雜質在換熱器底部的淤積；加強記錄和觀察換熱器循環水進出口溫度，分析換熱器的換熱效率，即使無法徹底清洗污垢，也做到有計劃預防性維護。較后，循環水首次系統使用清洗預膜質量很重要；在有條件的情況下，建議對換熱器進行換熱管外防腐處理，以延長使用壽命。

3.3備用設備的監造

應加強對新定制備用設備的監造。注重換熱器的材料，尤其是管板、換熱管及其的焊接材料；管板和折流板上換熱管孔的機加工、尺寸精度和換熱管本身的精度；換熱管組配避免強力組配；管板與換熱管焊接質量，包括幾何尺寸控制、坡口附近和貼脹區域表面質量、焊接工藝、焊接手段、焊縫檢查等；機械性表面損傷等。

4結語

針對急冷塔氣不銹鋼冷凝器20TT402A/B發生換熱管束泄漏，通過對不銹鋼冷凝器管束進行宏觀檢查、冷卻水水質分析等方法，并從介質、管束振動問題以及設備本身制造缺陷方面進行逐一分析，判定是振動造成損壞及熱管的材料本身存在缺陷引起泄漏。同時管束內鹽酸泄漏至循環水中，殘存在聚結淤泥中，加劇管壁、管板等泄漏部位的腐蝕速率，造成嚴重的次生腐蝕。

為應對管束泄漏提出了幾點防范措施，加強不銹鋼冷凝器出口處循環水取樣及在線分析，循環水水質的監控，定期脈沖式排污以及加強對備用設備的監造等防范措施，確保裝置長周期安全穩定運行。