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摘要：针对存在相变、腐蚀、高温高压流体的高压闪蒸换热器，重点分析了其泄漏的原因。
关键词：换热器泄漏高压闪蒸
随着近几年煤气化工艺的不断发展，特别是国内开发出了多种能适应不同煤种的煤气化工艺[1]。列管式换热器是应用最广泛的一种换热设备。与其他间壁式换热设备相比，单位体积传热面积大，传热效果好。因此，是化工企业的主要设备之一。列管换热器主要有壳体、管束、管板、折流板和封头等部件组成。列管换热器泄漏是各厂出现频繁较高的问题之一，可能会导致装置停车[2][3]。还可能直接威胁其他设备的安全运行，甚至引起严重的设备损害事故[4]。在换热器各种故障中，管束泄漏所占比重最大。因此分析换热器泄漏原因，找出相应对策十分重要。
煤气化工艺使用列管式换热器很多，高压闪蒸换热器就是其中之一，泄漏的频率也较高。该换热器泄漏后，由于闪蒸汽压力较高，冷凝液进入循环水，导致循环水氨氮、浊度等较高，影响全厂运行。
1、煤气化技术
大型工业化运行的煤气化技术，可分为固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术。
1.1固定床气化技术
在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。鲁奇固定床煤加压气化技术主要用于褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂。
1.2流化床气化技术
以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。流化床气化技术是在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。
1.3气流床气化技术
目前的主流技术，以GE水煤浆气化技术、壳牌干煤粉气化、GSP气化技术和航天炉气化技术、四喷嘴水煤浆气化技术等为代表。它是一种并流气化，用气化剂将粒度为0.1mm以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。GE水煤浆气化技术、多元料浆气化技术和四喷嘴水煤浆气化技术，均是在煤中加入添加剂、助熔剂和水，用磨煤机磨成水煤浆，加压后和氧气一同喷入气化炉进行部分氧化燃烧反应，气化温度1300-1450℃，高温的热气体，用水激冷，除尘后送出。气化压力4.0-8.7Mpa，液态渣激冷破碎后排出。它的主要特点是：简单，可靠，投资低，在有备用炉的情况下，年开工率可达95-98%，有效气(CO+H2)≈80-82%,缺点是氧耗较高。荷兰壳牌（SHELL）气化技术的气化炉为立式圆筒形，炉膛周围安装有沸水冷却管组成的膜式水冷壁，内壁衬有耐热涂层。气化熔渣在水冷壁涂层上形成液膜，沿壁顺流而下进行分离采用以渣抗渣的防腐办法。炉体内设有四组粉煤烧嘴，使用寿命一年以上。气化温度1400-1560℃，碳转化率高达99%，CO+H2可达90%。HT-L粉煤气化炉为航天粉煤加压气化，粉煤、氧气、蒸汽按一定比例通过燃烧器进入气化炉，在气化室中进行燃烧气化反应，生成的含有高温熔渣的粗合成气，一部分高温熔渣挂在水冷壁上，形成稳定的抵抗高温的渣层，其余熔渣和粗合成气进入激冷室。粗合成气在激冷室中被激冷水激冷降温，并蒸发水蒸气到饱和，同时熔渣迅速固化，通过分离装置实现合成气、液态水、固渣的分离。合成气通过管口输出进入后续工段，主要成分为一氧化碳和氢气。固渣通过排渣口进入破渣机中，并断续排出。含有细灰的黑水通过管口进入渣水处理系统。西门子（GSP）气化技术是采用干粉进料、纯氧气化、液态排渣、粗合成气激冷工艺流程的气流床气化技术。该流程包括干粉煤的加压计量输送系统(即输煤系统)、气化与激冷、气体除尘冷却(即气体净化系统)、黑水处理等单元。
2、流程简介
气化炉和洗涤塔底部的黑水经闪蒸塔降温提浓后，顶部高压闪蒸汽经循环冷却水换热冷却后送至低压闪蒸系统，提浓黑水进行后续处理，流程如下图1。
图2振动导致折流板与管束间摩擦损坏
2.2.2管子与管板的连接处
振动导致管子与管板的连接处受到反复作用力造成管束损坏。
2.3流体冲刷
当蒸汽的流动速度较高且汽流中含有大的水滴时，管子外壁受汽、水两相流冲刷，发生变薄穿孔。
下图3为2013年3月检修高压闪蒸换热器时照片。可以看出，泄漏的位置正好是高温闪蒸汽入口处且为圆形。由于高温闪蒸汽压力较高，流速较快，而且是部分高温闪蒸汽瞬间由汽相变为液相，夹杂小液滴的汽相高速冲刷管束，导致入口处管束破裂。这是高压闪蒸换热器泄漏的主要原因。
图3管束腐蚀图
另外，堵管工艺不当也会导致管板变形，一般常用锥形塞焊接堵管。打入锥形塞时用力要适度；捶击力量太大，可能引起管孔变形，导致泄漏。
3、小结
列管式换热器泄漏较为常见，特别是像有相变、腐蚀、高温高压流体存在的高压闪蒸换热器。在运行过程中，注意及时调节工况，不要发生温度和压力的突变；采取必要的消除振动的方法，如降低壳程线速，提高管子固有频率，改用折流杆等。
参考文献:
[1]唐宏青.现代煤化工新技术[M].北京.化学工业出版社.2009,45-56.
[2]张忠凯,刘玉英.列管式换热器的泄漏分析及防漏措施[J].化工设备与管道.2012(02):71-74.
[3]胡建春.列管式换热器失效原因及改进措施[J].中国设备工程.2003(09):39-40.
[4]董瑞华.列管式换热器的泄漏原因及防漏措施研究[J].化工管理.2015（2）:53-55.
作者简介：王克荣，男，331987年出生，陕西榆林人，大专，20年毕业于内蒙古职业化工学院化工专业，技术员，现工作于新奥集团新奥股份新能能源有限公司，联系电话：13500673112,Email：wangkeyun520@163.com。
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FLASHEXCHANGELEAKGE
WangKerong1WangXianglong2
（1.NewEnergyEnergyCo.,Ltd.Erdos017000
2.ENNScienceandTechnologyDevelopmentCo.,LtdHebeiLangfang，065001）
Abstract：Inthecaseofhighpressureandflashexchangewithphasechange,corrosion,hightemperatureandhighpressurefluid,thereasonofexchangeleakgewasanalyzed.
Keywords:exchange;leakage;highpressure;flash