甲醇装置废热锅炉管束泄漏原因分析

第４１卷第１期　２０１２年１月　石油化工设备　ＰＥＴＲＯ—ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　Ｖ０Ｌ　４１　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１２　

文章编号：１０００—７４６６（２０１２）０１—００９５—０３　

甲醇装置废热锅炉管束泄漏原因分析　

李小舟，陈军　

（中国石油吐哈油田公司，新疆鄯善８３８２０２）　

摘要：对吐哈油田甲醇厂废热锅炉结构、介质和操作参数进行了综合分析，找出了管束爆裂泄漏的　原因，并制定了修复方案和预防措施，为废热锅炉的长期安全运行提供借鉴。　

关键词：废热锅炉；管束；泄漏；分析　

中图分类号：ＴＱ　０５０．７；ＴＥ　９８６　文献标志码：Ｂ　

Ｌｅａｋａｇｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　Ｐｌａｎｔ　Ｗａｓｔｅ　Ｈｅａｔ　Ｂｏｉｌｅｒ　Ｔｕｂｅｓ　

ＬＩ　Ｘｉａｏ－ｚｈｏｕ，ＣＨＥＮ　Ｊｕｎ　（ＣＮＰＣ　Ｔｕｈａ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｓｈａｎ　８３８２０２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｂｕｒｓｔｅｄ　ｔｕｂｅｓ　ｌｅａｋａｇｅ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｍｅｄｉａ，ａｎｄ　ｏｐ—　

ｅｒａｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｂｏｉｌｅｒ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｐｌａｎｔ　ｏｆ　Ｔｕｈａ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｗｅｒｅ　ａｎ—　

ａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍ　ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ　ｓａｆｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｄｅ—　ｖｅｌｏｐｅｄ，ｋｅｅｐｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｂｏｉｌｅｒ　ｒｕｎ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｂｏｉｌｅｒ；ｔｕｂｅ　ｂｕｎｄｌｅ；ｌｅａｋａｇｅ；ａｎａｌｙｓｉｓ　

吐哈油田甲醇厂２４万ｔ／ａ甲醇装置的纯氧二　

段炉设计有两台并联的废热锅炉（位号ＨＸ２Ｏ０Ａ／　Ｂ），Ⅲ类压力容器，２００６—１０投入运行。　

废热锅炉自安装投运到２００８年期间，使用情况　

基本良好，没有出现大的故障。２００９－０４，两台并联　的废热锅炉的管束同时出现了泄漏事故，文中对此　进行了详细分析，以期对类似设备的运行管理提供　

一定的借鉴。　气）燃烧产生的高温中压混合气体（９５８℃，　２．１　ＭＰａ）与管程脱盐水换热后在管程产生中高压　

（３．６　ＭＰａ）蒸汽，以备装置后续生产。壳程出口产　生的Ｈ　＋ＣＯ＋ＣＯ。进入下一工序用来合成粗甲　

醇。此废热锅炉结构特殊之处：①壳体共有３层结　

构，从外到里依次为水夹套、承压筒体和耐火衬里。　②管程为刺刀式结构。废热锅炉主要结构示意图见　图１。　

１　废热锅炉简介　２泄漏管束检查　

管程介质为脱盐水／蒸汽，设计压力４．４　ＭＰａ，　

工作温度４０／２５９℃；壳程介质为转化气＋氧气／　Ｈ　＋Ｃ０＋ＣＯ２混合气，设计压力２．５　ＭＰａ，工作温　

度２７２／９５８。Ｃ；换热管２７０根，换热面积２７３．２　ｍ　，　

换热管外管材质１５ＣｒＭｏ，规格（外径×名义厚度）　５１　ｍｍ×３．５　ｍｍ；内管材质为２０钢，规格（外径×　

名义厚度）　２５　ｍｍ×１．６　ｍｍ。　废热锅炉作用是将壳程气体介质（转化气＋氧　２．１　外观　

２００９－０４－１２，两台废热锅炉（位号ＨＸ２００Ａ／Ｂ）　管柬同时发生泄漏，均出现不同程度的破坏，共计　

１２根管子（ＨＸ２００Ａ有７根，ＨＸ２００Ｂ有５根）出现　爆裂、堵塞和过烧的现象，部位几乎全部集中在管束　

底部靠近管帽的位置。　

抽样切开受损的几根管束，发现内、外套管内积存　

大量黑色杂物，部分已结块，非常坚硬，很难清理。，　

收稿日期：２０１１－０８—０１　作者简介：李小舟（１９７５一），男，甘肃通渭人，工程师，学士，主要从事石油开采、炼油化工设备的管理工作。

　石油化工设备　２０１２年第４１卷　

冗　出　

图１废热锅炉结构简图　２．２　金相组织　抽取部分泄漏管子和正常换热管进行了金相分　

析，结果为：①爆裂和烧结的换热管金相组织出现珠　光体球化、表面渗碳及高温氧化损伤。②正常换热　管金相组织正常［１］。　

２．３　壁厚测量　

对１２根损伤的换热管进行壁厚测量，位置为管　帽底部或是距管束底部５０　ｍｍ左右的外壁处。结　果为管帽厚度基本在４．９～５．４　ｍｍ，设计值为　

５．０　ｍｍ；管束壁厚基本在３．３～３．７　ｍｍ，设计值为　３．５　ｍｍ。由此可以看出，换热管壁厚未发现明显变　

化，合格。　需要说明的是，由于受结垢的影响，壁厚测量数　

值有一定误差，但影响不大。　

２．４化学成分［　］　

对损伤的换热管进行化学成分分析，与相关标　

准对比可知，各元素质量分数符合国家标准，没有出　现异常。　。　对管束中的烧结物进行化学成分分析，可以看　

出，烧结物中硫、磷、钠、硅和铁离子的含量很高。其　

原因为硫、磷和钠离子来源于水质处理时加入的药　剂，因水循环不畅，聚集在管束底部。硅离子来源于　

大量硅酸盐耐火衬里脱落后，沿着爆裂的管束进入　水循环系统。而铁离子主要来源于工艺管路系统的　

铁锈等腐蚀物。　从以上检查结果可以知道，没有受到损伤的换　

热管管柬情况良好，只须对出现爆裂和烧损的管束　

进行修复处理即可。　

３原因分析［　］　

３．１设计、制造方面　（１）自循环性能较弱　此废热锅炉设计采用刺　

刀式自循环结构，该结构最大的缺点是容易出现水　

循环效果不好或停滞的情况。由于换热管长达近　７　１２１，废锅管束又是整个锅炉水系统的最低点。因　

此，锅炉水系统内残存的杂质很容易在管束底部聚　

集，造成水循环堵塞。　（２）换热面积设计富裕量太大　锅炉换热面积　

设计过大，热负荷偏低，导致汽水循环不好，无法将　

管束底部的脏物带出，同时管束受热不均匀，极易导　致管柬堵塞和过热。　

（３）内外管管头间距偏小按设计图样要求，内、　外管管头距离为３８　ｍｍ，见图２。事后测量损坏严重　

的管柬，此数值为３２＂－－３３　ｍｍ，小于设计允许值。　

图２管束后端结构示意图　３．２－热负荷不足　

由于受原料气不足的制约，废热锅炉负荷长时　间在设计工况下４３　９，５运行。因此，管束内汽水混合　

物流速太低无法将管束底部的杂质及时排出，使得　

部分管束内积留了大量脏物，内、外套管间的间隙几　

乎堵死，造成介质断流，引发管柬干烧，最终发生　

爆管。　

３．３水系统杂质过多　废热锅炉系统２００８—１０停运，２００９—０４重新投入　

运行。由于管路氧化生锈，锅炉水系统内出现了大　第１期　李小舟，等：甲醇装置废热锅炉管束泄漏原因分析　

量铁锈，结垢沉积也是水循环不畅的一个重要原因。　

综上所述，管束底部循环不畅、结垢严重引起介　

质断流和过度受热，造成了过烧、甚至爆管等严重损　坏事故的发生。　

４修复方案　卜　。］　

４。ｌ修复工序　

（１）对锅炉管束进行水压试验以确定管束泄漏　的数量和位置。结果为，废锅ＨＸ２００Ａ有７根管束　

存在泄漏，废锅ＨＸ２００Ｂ有５根管束泄漏。　（２）修复泄漏管束。抽出内管，用丝堵封堵管　

孔。对泄漏的外管，切割后用堵头焊接封堵。　

（３）用内窥镜检查所有的管束内壁，对腐蚀严重　的管束，采取上述方法。　

（４）检查所有的管束外壁，对存在过烧、碳化严　

重的管束，采取上述方法。　（５）对修补后的管束进行压力试验，合格后方可　

使用。　（６）对管束（内、外）进行合适的化学清洗。　

４．２施焊及水压试验　

（１）用于封堵外管的堵头必须采用机加工，堵　

头材料１５ＣｒＭｏ，同时用机械打磨的方法清除管板　

焊接部位的污垢后方可以施焊，选用规格为　３．２　ｍｍ的Ｒ３０７焊条，ＳＭＡＷ盖面。　

（２）施焊前，对需要封堵焊接部位预热至　１５０。Ｃ，焊接完成后立即进行２００～２５０。Ｃ消氢处　

理，保温１　ｈ。焊后２４　ｈ经ＰＴ检测合格。　

（３）对修复的管束进行水压试验，试验曲线见　图３，试验中要求无渗漏、无可见异常变形及异常　

声响。　

６．１０Ｍ　

４．８８Ｍ　４．４０Ｍ　

图３管束压力试验曲线　

５　建议　～　］　

（１）根据理论计算，废热锅炉热负荷超过７５　，　才有足够的热动力带出管束内的杂质。因此，在今　

后的装置开车过程中，应尽快提高装置运行负荷，尽　量缩短在低负荷工况下运行的时间。　（２）加强管理，严格控制水质。　

（３）系统在长期停运后再次投入运行前，因残存　

的铁锈较多，必须对给水系统及废锅本体进行化学　清洗。　

（４）刺刀式废热锅炉结构缺陷较多，笔者建议　

可以采用火管式结构废热锅炉　

６结语　

对废热锅炉泄漏管束进行封堵修复后，制定了更　为严格的操作参数控制指标和监控措施，严密监控工　

艺气出口温度和汽包液位的变化趋势。截止目前，废　热锅炉已累计安全运行１５　０００　ｈ，各工艺参数运行正　

常，说明此次泄漏管束的修复是成功的。　

废热锅炉长期处于高温、高压和易燃、易爆的运　行环境，一旦出现泄漏等故障，极有可能引发严重事　

故。因此，确保废热锅炉运行状态平稳，对甲醇装置　长周期平稳运行起着重要的作用。　

参考文献：　［１］刘庆龙．废热锅炉故障原因分析ＥＪ］．石油化工设备，　２Ｏ１０，３９（增１）：１Ｏ９—１１０．　［２］周　宁，刘子亮．余热锅炉省煤器的泄漏原因及对策　ＥＪ３．石油炼制与化工，２００２，（２）：５９—６１．　［３］　聂清德．化工设备设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　１９８９：６８－６９．　Ｅ４］　张鹏州，张振雨，钱毅刚．转化气废热锅炉损坏原因分　析［Ｊ］．石油和化工设备，２００５，（３）：３５—３６，　Ｃ５］　李具才．废热锅炉损坏分析及改造［Ｊ］．河南化工，　２００５，（６）：５０～５１．　Ｅ６３石福高．废热锅炉系统汽水循环过程的研究ＥＪ］．化工　设计，２００７，（１）：１４—１９，４．　Ｅ７］　陆恰，宋厚钦．余热锅炉炉管泄漏与改造ＥＪ］．石油化　工设备，２００６，３５（６）：８６－８８．　［８］　王志文．化工容器设计［Ｍ］．北京；化学工业出版社，　１９８９：５．　Ｅ９］王林征．炼厂设备制造工艺学［Ｍ］．北京：石油工业出　版社，１９９２：１６３—１７９．　［１０］张万昌．热加工工艺基础［Ｍ］．北京：高等教育出版　社，１９９１：１７４～１７７．　［１１］王文欢，张金亮，潘卫国．催化裂化装置预热锅炉常见　问题及对策ＥＪ］．石油化工设备，２００７，３６（３）：８８—９０．　Ｅｌ２］綦国新．余热锅炉节能技术改造应用ＥＪ］．化工设备与　管道，２００８，４５（５）：３２—３３．　Ｅ１３］刘兴轩，王云，王春笋，等．加热炉废热锅炉水泵节水　降耗改进及效果［Ｊ］．化工设备与管道，２ｏｌ１，４８（３）：　４１－４２，６０．　（许编）