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變換冷凝塔的石墨列管泄漏原因分析及對策

文檔作者：王康平文檔來源：陽煤豐喜肥業股份有限公司技術中心		點擊數：	更新時間： 2025年04月26日
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氮肥技術 2013年第34卷第1期摘要簡要分析了變換冷凝塔的石墨列管泄露是由于其機械性能較差、受流體脈沖力的作用和列管內外流體的壓差大造成的，經采取措施后達到了預期效果。關鍵詞石墨換熱器列管泄露原因分析措施Cause analysis and countermeasures for graphite tube leakage of thetransforming and cooling towerWANG Kang-ping SHANG Jun-fa(Yangraei Fen咖Fertilizer Industry Company Limited，Yuncheng 044000，Shanxi Province)Abstract The paper醅eny analysis cm．uses of graphite tube leakage d the transforming and cooling tower,that because poormechanical performance，fluid pulse forces and pressure difference of column tube inside and outside．After taking measures，getsgood results．Keywords graphite heat exchanger,column pipe leak，analysis of causes，measures前言石墨列管換熱器，是以石墨材料管替代碳鋼、不銹鋼等金屬材料管，其結構與傳統的立式列管換熱器基本相同，上下管板和筒體仍為金屬材料，石墨列管與管板的連接，采用特殊黏結劑固定密封的非金屬材料的換熱器。它具有耐腐蝕、導熱系數高、不易結垢；質量輕、結構緊湊、占地面積小等優點，已廣泛應用在醫藥化工、精細化工、農藥、化工、化肥等行業，取得了良好的效果。初期的石墨列管換熱器由于其機械強度差，只適用于低壓(≤1．6MPa)、中溫(≤160℃)的工況條件，且在使用中易出現列管與管板的連接處泄露，單管泄露后不易處理的問題。而后出現的新型石墨列管換熱器，在列管材質、結構上做了許多改進，采用浮頭式結構，用酚醛樹脂浸漬的不透性石墨管替代普通石墨管；管板與石墨管之間采用高彈性材料彈性連接；簡體與封頭之間用內襯膠防腐，從而較好地克服了溫差應力，實現了石墨管的單管自由伸縮和換熱管的單管更換。1 新型石墨列管換熱器的使用及問題新型的石墨列管換熱器，克服了傳統石墨換熱器列管易泄露、不易更換換熱管的缺點，可用于合成氨、純堿的個別低壓、中溫、腐蝕性較強的換熱設備。從2006年起，我公司的稷山純堿分公司的爐氣冷凝器、母Ⅱ換熱器；臨猗分公司的合成氨脫硫煤氣冷凝器；平陸分公司的合成氨變換冷凝塔，分別使用了這種新型石墨列管換熱器，取得了較好效果。爐氣冷凝器、母Ⅱ換熱器、脫硫煤氣冷凝器的使用壽命，較原來的金屬換熱器延長了約兩年時間，平均造價下降了約20％。但變換冷凝塔卻出現了問題，使用僅一個多月后，發現上管板附近的換熱管開始泄露，最后被迫停車更換，給生產帶來一定影響。2原因分析為什么同樣類型的設備，純堿系統的爐氣冷凝塔、母Ⅱ換熱器、合成氨半水煤氣脫硫的冷卻器都可行，用于變換氣的冷凝塔就不行了呢?經過長達兩年多的觀察對比，我們認為造成變換冷凝塔的石墨列管泄露的主要原因如下。(1)石墨列管的抗壓、抗拉、抗彎、抗沖擊強度較差，是造成列管斷裂的主要原因。石墨管的制作，是用石墨粉摻人黏結劑和多萬方數據第1期 王康平等：變換冷凝塔的石墨列管泄漏原因分析及對策 31種添加劑、在高溫條件下擠壓成棒，再用摸具擠沖成管，所以其抗拉強度、屈服強度較差，抗沖擊功能更差。其屈服強度為60 MPa,是碳鋼的24％，不銹鋼的29％。抗拉強度為19．7MPa,是碳鋼(2∥)的3．58％～4．8 0％；不銹鋼(304#)的4．8％。沖擊功僅為0．30—0．34J，是碳鋼的1．7％。1．9％，不銹鋼的l％。(2)介質對列管的橫向、交變沖擊，是造成石墨列管機械韌性、強度下降，直至斷裂的重要原因。變換冷凝塔的作用是用水冷卻變換氣，以降低變換氣的溫度。原設備的介質流向是：冷卻水走管內，變換氣走管間。變換氣從氮氫氣壓縮機(以下簡稱壓縮機)--段出口送來，經過變換系統后去脫碳。壓縮機結構為活塞式，在吸氣、排氣時，氣體存在著周期性的脈沖。盡管壓縮機各級設有緩沖罐、油分離器等設備，能減輕氣體的脈沖，但并不能徹底消除。平陸分公司的壓縮機為L3．3／17型和H12型，L3．3／17型機轉速為375 r／rain，H12型機轉速為428r／rain，平均的轉速暫且按400drain計，氣體的脈沖頻率即為400次／rain。在如此頻繁的脈沖氣體沖擊下，石墨列管的韌性、強度逐漸下降，最終造成個別列管斷裂。而在冷凝塔上部的管板附近，正是氣體的進口位置，所受的沖擊最大，所以此處的列管就最容易斷裂。而在出口，由于氣體在設備內部的反復折流、緩沖，脈沖力減弱，所以對管板下部的列管影響不大。變換冷凝塔結構示意圖見圖l。純堿系統的爐氣冷凝塔，雖然氣、液的流程與變換冷凝塔相同，但因爐氣是用離心式鼓風機圖1變換冷卻塔示意圖輸送，氣流平穩，石墨列管不承受氣體的交變沖擊，所以使用壽命就比較長。脫硫系統的煤氣冷卻器，氣體是用羅茨鼓風機送來，進口也不存在脈沖。出氣送壓縮機，雖然也存在氣體的脈沖，但因有脫硫系統的諸多設備的緩沖，減弱了氣體的脈沖。同時，由于介質的流向不同，氣體走管內、冷卻水走管間，避免了脈沖氣體對換熱管的橫向沖擊。純堿的母Ⅱ換熱器，是高、低溫液體之間的換熱，換熱的液體都用離心泵輸送，換熱列管不存在液體的交變沖擊，所以使用壽命較長。(3)石墨列管承受的壓差大小，亦是影響使用壽命的一個因素。在上述的四個換熱設備中，母Ⅱ換熱器是母I液與母Ⅱ液換熱，石墨列管承受的壓差最小，基本為零；變換冷凝塔是變換氣(o．8 MPa)與循環冷卻水(O．3 MPa)換熱，石墨列管承受的壓差最大，大約有0．5MPa；爐氣冷凝塔、脫硫煤氣冷卻器石墨列管承受的壓差居中。所以，壓差大也是影響石墨列管使用壽命的一個因素。3改進措施及效果根據分析，有脈沖的氣、液介質對石墨列管的橫向交變沖擊，是造成列管斷裂泄露的主要原因。如果在不影響換熱器換熱效率的前提下，改變有脈沖氣、液的流向，即可消除對石墨列管的橫向沖擊，從而延長使用壽命。對于變換冷凝塔，只要改變水、氣介質的流向，即冷卻水走管間(低進高出)，變換氣走管內(下進上出)，即可消除變換氣對石墨列管的橫向交變沖擊。根據此思路，我們對變換冷凝塔的氣、水流程進行了改造，投運一個月后檢查，換熱效率基本沒變化。運行一年后檢查，只是殼程底部積存少量的污泥，再未出現石墨列管斷裂泄露的問題。4結論(1)石墨列管換熱器，用于低壓、中溫、介質沒有脈沖的換熱和用于管內外介質壓差小的工況最好。(2)在介質有脈沖的情況下，只要改變介質流程和流向，消除對石墨列管的橫向、交變沖擊，就能夠取得預期的使用效果。(收稿日期：2012—11—14)

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