凝结水系统泄漏原因及解决建议

凝结水系统泄漏原因及解决建议

杨立新何博文胡婉玫莹

中石油克拉玛依石化有限责任公司克拉玛依834000

摘要：通过对某装置凝结水系统弯头频繁穿孔泄漏的现象进行分析，确定凝结水系统泄漏的主要原因是冲刷腐蚀。提出了相应的解决方案，以供参考。

关键词：凝结水；弯头；冲刷腐蚀

1引言

某公司18万/年苯抽提装置，3.5MPa蒸汽主要用作减温减压成2.2MPa蒸汽给换热器加热，换热后的凝结水送出装置。不到一个检修周期内，凝结水系统中弯头管件发生泄漏20余次（主要集中在各再沸器出口管线和凝结水主线）。由于系统工艺存在缺陷，冲刷减薄泄漏的部位采取了带压堵漏或包焊等措施，给装置平稳生产带来了一定的安全隐患。

装置凝结水系统泄漏的问题变得尤为突出，有效的解决该问题，一方面可以有效的消除装置安全隐患，另一方面对提高装置经济效益也有一定的促进作用。

2泄漏分析

3.5MPa蒸汽从厂区总管来，与厂区总管来的除氧水在减温减压器中减温减压为2.2MPa蒸汽，然后经过抽提塔底再沸器E-3104、溶剂回收塔底再沸器E-3106、白土罐加热器E-3018、溶剂再生塔E-3109进行换热，换热产生的凝结水与1.0MPa蒸汽凝结水共同进入凝结水回收系统PK-3101。在凝结水罐D-3120闪蒸0.4MPa蒸汽，进入蒸汽管网，罐底部的凝结水送出装置。流程示意图如下。

通过对凝结水流程、冲刷原理、受力影响等方面进行分析，凝结水线弯头冲刷减薄泄漏的原因主要是装置凝结水温度较高（均在150℃以上），进入凝结水罐前，弯头处压力降低，管线内气液饱和状态的凝结水部分液体汽化，对弯头持续集中冲刷腐蚀。主要影响因素有以下三个方面。

（1）弯头受力因素

弯头角度越大，冲刷作用也就最强，而直管内流体对管壁无压力，即无冲刷作用。冲力的大小与流体流速和管内压力成正比。即流速越快，冲力越大，介质对管壁的作用力就越大，对材料的冲刷腐蚀就越严重。随着曲率半径的增加冲蚀程度先减弱后缓慢增加，在R=3d时对管道的冲蚀最弱。

（2）气液共沸因素

装置内凝结水流程存在一定的缺陷，2.2MPa蒸汽的饱和凝结水（压力约为1.2MPa）直接进入0.4MPa凝结水回收系统。由于压力差较大，高压饱和凝结水在流动过程中部分汽化，内部会产生气泡，气泡主要集中在流体内部。气泡在流体的夹带下会产生气泡冲刷腐蚀，这时会使冲刷腐蚀变得严重。气泡在流体中部很难与管壁发生碰撞，但进入弯头部位后，流场变得复杂，气泡随着流体运动，与管壁碰撞溃灭的概率增大，气泡爆破处会推动一束流体冲向管壁表面。由于气泡破裂时产生的冲击波压力可达40MPa，形成的高速射流，不仅破坏金属保护膜，引起塑性变形，消磨金属晶间原子、甚至撕裂金属粒子，使弯头管件减薄泄漏。

3解决方案

通过以上分析，采取相应措施，控制凝结水系统中汽水共存现象，强化易冲蚀部位，可以有效的解决凝结水系统泄漏问题。

3.1弯头材质和型式的选择

选用耐蚀性更优质的钢材，如304不锈钢。由于304不锈钢的韧性和抗拉强度优于20号钢，更为重要的是304属于奥氏体不锈钢，具有很强的材料加工硬化的特征。对易穿孔的碳钢弯头（20号钢），可更换为耐蚀性较好的304不锈钢。凝结水对弯头肘部内壁的冲刷，基本是一个物理的过程。冲刷过程中304不锈钢弯头内壁表面塑性有所下降，但在冲刷集中部位，形成一层光滑而致密的耐磨层，强度有所提高，可以有效提高弯头的耐冲蚀性能。

采用特殊弯头，如带防磨腔的弯头、双重套管弯头、带衬板的弯头等。

3.2凝结水系统优化

（1）提高凝结水系统背压，降低凝结水管道中气液共沸程度。可考虑提高凝结水罐压力，但需要考虑凝结水回收系统设计压力及各再沸器换热面积。

（2）凝结水流程优化。针对原凝结水流程存在的不足，可以对凝结水流程进行优化调整。在2.2MPa蒸汽凝结水流程中，增加1.0MPa蒸汽闪蒸罐，罐顶产生1.0MPa蒸汽，罐底凝结水进入凝结水回收系统。流程示意图如下：

以上优化调整不仅能降低2.2MPa蒸汽凝结水管道压差，减小气液共沸，同时闪蒸的1.0MPa蒸汽可以作为装置伴热、消防蒸汽使用，降低装置蒸汽消耗，提高经济效益。

（3）由于各再沸器等凝结水进凝结水主线设计没有阀门，在处理凝结水弯头泄漏时，不能对泄漏部位管线进行更换（若更换，需要切除装置凝结水系统，装置必须停工），只能采取带压堵漏等方式，非常被动。可以考虑在凝结水各分支进主管线前增加阀门，在处理泄漏时，可单独切除，不影响装置运行。

3.3强化管理，事先预防。

在日常设备维护工作中，对容易穿孔部位的弯头加强监控，定期进行监测，估算出冲蚀减薄率，在减薄到一定程度后，事先在冲蚀部位进行焊补，待管线能进行工艺切出时再更换弯头，减少带压堵漏的发生。

4结论

（1）可以通过对凝结水线弯头材质升级或型式更换，提高耐冲蚀性能，延长运行周期。

（2）为消除气液共沸对凝结水管线的影响，建议对凝结水系统进行优化调整，如提高背压；确保换热器换热效率；增加2.2MPa蒸汽凝结水闪蒸罐，闪蒸1.0MPa蒸汽，降低凝结水管道压差等。

（3）建议在凝结水各分支进主管线前增加阀门，可以在分支泄漏时单独切除处理，不影响装置运行。

（4）建议在日常生产管理中对容易穿孔部位定期监测，提前采取补焊等措施。

参考文献：

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[2]朱娟，张乔斌，陈宇，张昭，张鉴清，曹楚南.冲刷腐蚀的研究现状[J].中国腐蚀与防护学报，2014，34（03）：199-210.