板式空冷器使用过程中出现的问题及改进
摘要：针对板式空冷器的腐蚀现状,通过腐蚀形貌观察、失效分析和机理研究,指出了空气冷却器失效的主要原因与影响因素。

在此基拙上提出了具体的防护措施与建议。

关键词：板式空冷器腐蚀建议
在伴有加热或冷却的操作中,总是存在着各种各样的传热过程。

换热器是用于传递热量的装置,近年来选用空气冷却器作为冷却设备倍受用户欢迎。

与水冷相比,板式空冷器是一种结合板式和空冷式换热器优点而发展起来的新型换热装置,具有换热效率高、占地小、可大型化等优点,被广泛应用于石油、化工、电力等行业。

由于冷却器常接触腐蚀性原料,极易发生开裂泄漏。

某石油炼厂硫磺回收装置16台板式空冷器首次冷态投用,两天后进行系统升温,达到操作温度,仅经过五天的运行,8台空冷器最外层板片发生开裂泄漏。

将开裂板片作焊死报废处理后经一个月运行,其中4台空冷器次外层板片又相继发生泄漏。

1、板式蒸发空气冷却器的使用情况
板式蒸发空气冷却器是一种将板式换热器与空冷式换热器的优点结合在一起的新型空气冷却器,具有传热效率高,压降小的优点。

适合于压降要求严、占地面积紧张的干净介质冷凝冷却的场合。

管道泵将水箱中的脱盐水输送到板束上方的喷淋管线,由喷淋管线的喷嘴将脱盐水向下喷淋到板束表面,并形成连续水膜。

同时用风机送风,自下而上掠过板束,从而达到冷却目的。

该空气冷却器的传热过程一方面依靠水膜与空气的显热传递进行;另一方面利用水膜迅速蒸发来强化板束外的传热。

由于水的汽化潜热很大,水膜的蒸发强化了板束表面的传热,使设备总体传热效率比单纯的空气冷却器要好。

板式蒸发空气冷却器板束板材选用的是316L。

316L属于超低碳奥氏体不锈钢。

由于含有较高的铬和镍,并呈单向的奥氏体组织,这类钢有较高的的化学稳定性和耐腐蚀性,而且钢的冷热加工性和焊接性也很好。

尽管超低碳奥氏体不锈钢是一种优良的耐腐蚀钢,但是在有应力的情况下,特别是在含有氯化物的介质中,常产生应力腐蚀破裂,而且介质温度越高越敏感。

2、板式蒸发空气冷却器板束泄漏原因
(1)氯离子的侵蚀。

从板式空气冷却器的使用情况来看,循环使用的脱盐水中氯离子是造成不锈钢板束腐蚀穿孔的主要原因。

在顶板式空气冷却器发生泄漏后,对报废板束进行了腐蚀检测。

通过对采回来的样品表面铁刷打磨,发现有许多黑
色腐蚀坑,最大面积为2mm。

经过渗透检测,发现有部分腐蚀坑已穿孔。

板式空气冷却器在投用脱盐水期间,很少对空冷水槽内的水进行清理,造成水槽内氯离子严重超标加速了板束的腐蚀。

(2)制造及焊接缺陷因素。

由于板束与板束之间,板束与管箱之间,板束与管箱侧法兰之间等结构都需要焊接。

因此在焊接过程中不可避免地会存在很大的残余应力。

在板束残余应力、外力和腐蚀环节的联合作用下会造成板束的变形以至破裂。

从本次泄漏的特点来看,许多漏点还发生在板束压制成型时发生弯折的地方。

特别经过补漏封堵过的板束,由于板束板壁只有0.7mm,在焊接过程中受到了局部加热和冷却后产生的焊接应力,会使板束的形状和尺寸发生变化,影响了加工精度,降低了结构的承载能力。

如果封堵的板束太多,板束间的相互支撑力消失,会使未封堵的板束发生变形,最终破裂。

(3)使用过程中易出现的问题。

在板式蒸发空气冷却器的使用过程中,由于使用方式的不得当也会导致板束的变形,甚至泄漏。

在安装、施工、使用过程中,焊接飞溅、异物跌落、重物撞击、踩踏板束都可能造成板束的受损或变形,成为泄漏的隐患;在试压过程中,升压或者降压速率过快,易造成板束的变形,增加板束之间的应力;在投用或切除空冷过程中,进或退物料的速率过快,易造成板束的变形;在日常的生产中,提高或者降低处理量的速率过快,易造成板束的变形。

(4)温度因素。

温度也是引起应力腐蚀造成板束泄漏的重要因素之一。

另外,该炼油厂所在地区温差较大,四季温差70~80℃,频繁的热胀冷缩会降低板束弹性模量,最终使板束变形。

3、防护措施
(1)管理制度制定。

车间在总结了板式蒸发空气冷却器使用过程中所出现的问题后,制定了一系列的管理制度并进行了一些整改措施,其中包括:在操作规程中增加板式蒸发空气冷却器的基础操作规程及操作;规范试压要求,用气试压时升压和降压速率不超过0.02MPa/min,用水试压时升压和降压速率不超过0.05MPa/min;在投用或切除空冷过程中,缓慢打开或关闭进出口阀,避免进或退物料过快。

提降处理量幅度不得高于1t/h。

(2)降低介质侵蚀。

为确保板式蒸发空气冷却器的长周期运行,降低介质的侵蚀是尤为重要的。

所以对循环使用的脱盐水要加强水质监测,确保水质符合要求。

对空冷水箱的进水管和空冷水箱内水样每周3次取样化验分析;根据水样化验分析结果指导,每周一、三、五对空冷水箱内水进行更换;每两周对空冷水箱进行彻底排污清理。

(3)避免喷嘴堵塞。

由于喷嘴易堵,影响冷却效果。

将部分喷嘴喷头进行拆除,装上四氟堵头。

喷嘴改造后有以下作用:减少了脱盐水用量,降低了能耗;加大另一个喷嘴的压力,增加雾化面积和雾化效果。

(4)喷淋箱上方加一层丝网。

由于喷淋箱槽沿太矮,在喷淋箱上方盖上一层丝
网。

改造有以下作用:避免夏季蚊虫进人板束箱,封堵喷嘴;防止刮风天气时沙土进人板束箱,污染水质;防止水雾溅出水槽,造成脱盐水的浪费。

(5)减小应力。

由于板束很薄,在焊接时尽量采用对接焊和连续焊,避免搭接焊和点焊,必须严格遵守有关的焊接规程。

热处理时对温度的控制要适当,避免因热处理而产生残余应力。

如果封堵泄漏的板束太多,也会造成其它板束受力不均匀。

(6)合理选材。

实践证明,奥氏体不锈钢抗卤族元素的腐蚀能力并不好,孔蚀、间隙腐蚀的局部腐蚀时而会发生。

已知在奥氏体系不锈钢中增加Cr和M0,特别是添加N,对抑制卤族元素腐蚀是有效果的。

参考文献
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