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蒸汽加熱器泄漏原因及在線處理方法

文檔作者：郭德銘文檔來(lái)源：河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司甲醇事業(yè)部		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月29日
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第４１ 卷第１ 期化工設(shè)計(jì)通訊
２０ １ ５ 年２ 月Ｃｈｅｍｉｃａｌ Eｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
蒸汽加熱器泄漏原因及在線處理方法
郭德銘
（河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司甲醇事業(yè)部，河南濮陽(yáng) ４５ ７０００）
收稿日期：２ ０ １ ４﹣１ ２﹣２０
作者簡(jiǎn)介：郭德銘（１ ９ ７ １ －），男，河南濮陽(yáng)人，化工工藝工程師，１ ９ ９４ 年畢業(yè)于河南省化工學(xué)校，現(xiàn)為河南能源化工
集團(tuán)中原大化公司甲醇事業(yè)部副總經(jīng)理。
摘 要：通過對(duì)本公司蒸汽加熱器泄漏原因進(jìn)行分析，利用帶壓開孔新技術(shù)對(duì)蒸汽加熱器進(jìn)行不停車在
線更換，避免了全裝置的停車事故，保證了大型空分裝置以及后續(xù)裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，并為同行提供了
實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：分子篩；蒸汽加熱器；帶壓開孔
中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１ ００３﹣６４９０（２ ０ １ ５）０ １﹣００４５﹣０３
Keakage and In﹣service Treatment of Steam Heater
GUO De﹣ming
（Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｄａｈｕａ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Eｎｅｒｇｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｐｕｙａｎｇ，４５ ７００４）
Abstract:Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｈｅａｔｅｒ ｌｅａｋａｇｅ ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｉｎ﹣ｓｅｒｖｉｃｅ
ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒａｔｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ． Ｔｈｉｓ ａｓｓｕｒｅｓ ｔｈｅ ｌｏｎｇ﹣ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ﹣ｓｃａｌｅ
ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ．
Ley words:ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ；ｓｔｅａｍ ｈｅａｔｅｒ；ｐｅｒｆｏｒａｔｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
河南能源化工集團(tuán)中原大化公司甲醇空分項(xiàng)
目，裝置采用杭氧股份公司設(shè)計(jì)的ＫＤＯＮ －
５ ２０００／６ １ １ ０００ 型成套空分設(shè)備。該裝置自２００７
年１ １ 月試運(yùn)行以來(lái)，多次出現(xiàn)因蒸汽加熱器泄漏
造成的系統(tǒng)ＣＯ２ 超標(biāo)現(xiàn)象。特別是最近兩年，臨
近設(shè)計(jì)使用壽命末期，蒸汽加熱器泄漏更是給生
產(chǎn)帶來(lái)了更多的影響。本文結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)設(shè)
備泄漏原因進(jìn)行分析，并對(duì)實(shí)際處理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行
總結(jié)。
１ 分子篩蒸汽加熱器運(yùn)行工藝
本公司分子篩純化系統(tǒng)采用工藝成熟的臥式
分子篩，蒸汽加熱污氮?dú)庾鳛榉肿雍Y再生氣源。
分子篩吸附器是成對(duì)交替使用，分子篩Ａ 工作
時(shí)，分子篩Ｂ 再生。吸附器再生前后分四步進(jìn)
行：泄壓、加熱、吹冷、充壓。在加熱過程中，從冷
箱出來(lái)的污氮?dú)夂蛷恼羝芫W(wǎng)過來(lái)的蒸汽在蒸汽
加熱器中進(jìn)行換熱，走管程的氣液混合物經(jīng)氣液
分離器分離蒸汽冷凝液去冷凝液儲(chǔ)罐，走殼程的
污氮?dú)獗患訜嶙鳛榉肿雍Y再生氣。
圖１ 分子篩蒸汽加熱器運(yùn)行工藝流程圖
２ 蒸氣加熱器存在的問題
２.１ 蒸汽加熱器故障現(xiàn)象
２０ １ ４ 年２ 月份，分子篩出口二氧化碳分析數(shù)
據(jù)突然出現(xiàn)上漲現(xiàn)象，查閱分子篩二氧化碳分析
出口表趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)開始出現(xiàn)波動(dòng)并逐漸增大，由正
常運(yùn)行的小于１ ×１ ０ －６ ，在分子篩工作末期增加
到２．３ ＰＭ。我們做出了蒸汽加熱器泄漏的判斷。
幾天后隨著漏量的增大，在分子篩工作末期出口
二氧化碳分析上漲至１ ０ ×１ ０ －６ 甚至超量程，ＣＯ２
· ４５ ·
化工設(shè)計(jì)通訊第４１ 卷
嚴(yán)重超指標(biāo)。同時(shí)在分子篩加熱階段，再生在線
水分析表由的正常值的小于１ ×１ ０ －６ ，上漲至超
分析表量程。冷箱低壓換熱器壓差增大，上下塔
阻力減小，氧純度下降，系統(tǒng)被迫降負(fù)荷運(yùn)行。
２.２ 對(duì)裝置的影響
因蒸汽加熱器蒸汽泄漏至熱的再生污氮?dú)?
中，造成再生污氮?dú)馑莺砍瑯?biāo)［１ ］，分子篩不徹
底，造成分子篩吸附能力下降，工作時(shí)出口ＣＯ２
含量上漲，干冰等雜質(zhì)進(jìn)入高、低壓換熱器及下
塔，換熱器阻力增加，上、下塔阻力減少，產(chǎn)品產(chǎn)量
下降。
由于再生污氮?dú)夂谐瑯?biāo)的水分，多余水分
進(jìn)入分子篩孔隙中，分子篩機(jī)械強(qiáng)度下降部分粉
化，失去吸附能力，使用壽命大大降低，同時(shí)粉化
的分子篩在氣流帶動(dòng)下，易進(jìn)入換熱器中，造成換
熱器壓差增加。
分子篩吸附能力下降，通過分子篩的乙炔等
碳?xì)浠衔锖吭黾?，降低了設(shè)備的安全系數(shù)。
２.３ 泄漏后采取的措施
（１
）增加分子篩再生污氮?dú)饬浚越档臀鄣獨(dú)?
中蒸汽含量；
（２
）提高加熱蒸汽溫度由至操作溫度上限，盡
可能確保分子篩再生效果；
（３
）降低循環(huán)水溫度，減少空氣中飽和含水
量，以降低分子篩再生負(fù)荷；
（４
）加強(qiáng)各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)護(hù)工作，做好事故預(yù)
案，避免事故擴(kuò)大化。
３ 蒸氣加熱器常見泄漏原因
３.１ 蒸汽加熱器簡(jiǎn)介
蒸汽加熱器是用過使用高溫高壓的飽和蒸
汽，進(jìn)入加熱器管束管程，與來(lái)自殼程的污氮?dú)膺M(jìn)
行熱交換來(lái)加熱污氮?dú)獾?。目前?guó)內(nèi)大多已經(jīng)使
用上節(jié)能型蒸汽加熱器（如圖２ 所示），經(jīng)過加熱
管束的飽和蒸汽在氣液分離器中進(jìn)行氣液分離
后，高溫的冷凝液再次返回蒸汽加熱器進(jìn)入預(yù)熱
管束，對(duì)污氮?dú)膺M(jìn)行初步熱交換變成冷水流出。
污氮?dú)饨?jīng)過預(yù)熱管束初步預(yù)熱，再通過加熱管束
加熱到所需要的溫度后離開蒸汽加熱器，對(duì)分子
篩進(jìn)行加熱。節(jié)能型蒸汽加熱器充分利用蒸汽熱
量，降低了綜合能耗，是目前國(guó)內(nèi)較為主流的
設(shè)備。
圖２ 節(jié)能型蒸汽加熱器
３.２ 常見泄漏原因
３.２.１ 管束泄漏
管束泄漏是在換熱器檢修中常見的現(xiàn)象，特
別是在與污氮?dú)馐紫冉佑|的一側(cè)管束。我廠也對(duì)
該區(qū)域泄漏管束進(jìn)行了多次封堵處理，經(jīng)過細(xì)致
分析，判斷該位置管束泄漏主要有四個(gè)原因：
（１
）污氮?dú)鈿饬鳑_刷引氣管束振動(dòng)
蒸汽加熱器管束較長(zhǎng)，污氮?dú)鈴囊粋?cè)高速通
過，最外側(cè)管束迎風(fēng)受力，隨著污氮?dú)饬鞑▌?dòng)，管
束也隨之振動(dòng)。振動(dòng)的管束與管束、固定管束的
管板或折流板反復(fù)摩擦，壁面逐步減薄，最終導(dǎo)致
管內(nèi)通蒸后泄漏。
（２
）反復(fù)加熱冷卻引氣材料疲勞
蒸汽加熱器是周期運(yùn)行設(shè)備，整個(gè)管束與殼
側(cè)溫差最大的位置對(duì)應(yīng)的也是污氮?dú)膺M(jìn)氣位置。
管束經(jīng)過頻繁加熱降溫，其自然膨脹或收縮受到
約束產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力累計(jì)到一定數(shù)值，材料本
身就會(huì)發(fā)生塑性變形或蠕變，產(chǎn)生疲勞裂紋。
（３
）材料自身及制造缺陷
材料自身及制造缺陷是設(shè)備生產(chǎn)常見問題。
只能督促制造商加強(qiáng)對(duì)設(shè)備材料及產(chǎn)品質(zhì)量的
管控。
３.２.２ 管板泄漏
（１
）蒸汽沖刷管板
相對(duì)于常見的殼程蒸汽加熱換熱器，污氮?dú)?
蒸汽加熱器蒸汽走管程。從主管來(lái)的蒸汽在封頭
內(nèi)被分配到更細(xì)的管束中，進(jìn)氣方向不可避免對(duì)
管板進(jìn)行沖刷。管板焊縫在長(zhǎng)時(shí)間周期性高溫蒸
· ４６ ·
第１ 期 郭德銘：蒸汽加熱器泄漏原因及在線處理方法
汽沖刷下，容易造成脫落，開裂。
（２
）水擊引起的震動(dòng)
蒸汽加熱器工作初期，大量污氮?dú)膺M(jìn)入換熱
器，蒸汽量逐步增加，由于管束溫度較低，蒸汽部
分在加熱管束中冷凝，從而造成水擊現(xiàn)象，引起管
束震動(dòng)，頻繁的震動(dòng)會(huì)引起管束與管板焊縫開裂。
我公司根據(jù)運(yùn)行參數(shù)及以往檢修經(jīng)驗(yàn)，判斷
本次管束泄漏可能性較大。在優(yōu)化工藝的同時(shí)，
技術(shù)人員聯(lián)系加熱制造廠家訂購(gòu)新的管束。由于
新管束制作周期與生產(chǎn)需求時(shí)間的沖突，為避免
非計(jì)劃停車帶來(lái)的損失，決定租賃兄弟廠家閑置
蒸汽加熱器實(shí)施在線切換處理，并在新管束到貨
后，擇機(jī)回裝管束。
４ 在線更換處理
４.１ 實(shí)施方案
為不影響其他裝置生產(chǎn)運(yùn)行，所有施工都在
線進(jìn)行。在線并裝設(shè)備屬空分廠首次嘗試，鑒于
帶壓開孔施工單位具有較高相應(yīng)安裝資質(zhì)及相關(guān)
施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)多次開會(huì)論證設(shè)備安裝及施工確定
可行。租賃的加熱器配套空分產(chǎn)量大于我廠空
分，滿足我廠生產(chǎn)需求，參照安裝建設(shè)要求及工藝
需求，在原加熱器旁邊就近安裝。
原加熱器污氮?dú)膺M(jìn)出口管線帶壓開孔，配管
與新加熱器對(duì)應(yīng)口相連。自北側(cè)低壓蒸汽管線開
孔連接新加熱器蒸汽入口，底部冷凝液出口與氣
液分離器入口相連。氣液分離器至原加熱器回收
管線切斷，連接至冷凝液外排管線。新加熱器底
部冷凝液出口焊接三通，增設(shè)一條就地排放管線。
同時(shí)提高次中壓蒸汽壓力，滿足新舊加熱器使用
要求。經(jīng)過兩個(gè)周期運(yùn)行，確定新加熱器能夠穩(wěn)
定使用，并滿足系統(tǒng)要求。為保障施工安全，系統(tǒng)
冷吹階段在原加熱器污氮?dú)膺M(jìn)出口法蘭插入盲板，
將故障加熱器切出。
原故障加熱器管束抽出后做氣密檢查，發(fā)現(xiàn)
仍是污氮?dú)馊肟趥?cè)管束開裂，經(jīng)過堵漏后，作為應(yīng)
急備件入庫(kù)保存。
４.２ 運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比
表１
日期
（前）
分子篩出口ＣＯ２ 分析
×１ ０ －６
日期
（后）
分子篩出口ＣＯ２ 分析
×１ ０ －６
０３ －１ ８ ２．１ ６０ ０ ５ －１ ８ ０．１ ０ １
０３ －１ ９ ９．４８ ９ ０ ５ －１ ９ ０．３ ６ ９
０３ －２０ ６．３ １ ３ ０ ５ －２０ ０．３ ２ ９
０３ －２ １ ２．９４９ ０ ５ －２ １ ０．２ ７ ３
０３ －２ ２ ８．６０ ７ ０ ５ －２ ２ ０．６４３
４.３ 事故處理中的不足
（１
）熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不透徹，沒有及時(shí)準(zhǔn)確
分析判斷出蒸汽加熱器泄漏。
（２
）分子篩出口二氧化碳含量開始上漲時(shí)沒
有果斷采取降負(fù)荷措施，導(dǎo)致對(duì)分子篩吸附能力
產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
（３
）分子篩出口二氧化碳含量嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)沒
有果斷采取停車措施，導(dǎo)致高低壓換熱器通道堵
塞，冷箱工況急速惡化。
５ 結(jié)束語(yǔ)
分子篩蒸汽加熱器采用在線處理的方法，能
夠有效避免空分系統(tǒng)計(jì)劃外停車。我公司通過這
次應(yīng)急事故處理不但提高了操作人員應(yīng)對(duì)復(fù)雜工
況的能力和經(jīng)驗(yàn)，而且給本行業(yè)同行進(jìn)行類似問
題提供了借鑒的依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
［１
］李艷兵，安志軍． 空分裝置蒸汽加熱器泄漏的影響及處理
［Ｊ
］．黑龍江科技信息，２
０ １ ３ ，（１ １）：
櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂
１．
《化工設(shè)計(jì)通訊》征稿啟事
為了進(jìn)一步擴(kuò)大《化工設(shè)計(jì)通訊》的影響，現(xiàn)雜志社特
面向國(guó)內(nèi)外化工界征稿。誠(chéng)邀國(guó)內(nèi)外化工行業(yè)學(xué)術(shù)界和
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