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蒸汽加熱器泄漏原因及在線處理方法

文檔作者：郭德銘文檔來源：河南煤業(yè)化工集團中原大化公司甲醇事業(yè)部		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月29日
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上一篇：縱論燃油電加熱器

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第４１ 卷第１ 期化工設計通訊
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)化工集團中原大化公司甲醇事業(yè)部，河南濮陽 ４５ ７０００）
收稿日期：２ ０ １ ４﹣１ ２﹣２０
作者簡介：郭德銘（１ ９ ７ １ －），男，河南濮陽人，化工工藝工程師，１ ９ ９４ 年畢業(yè)于河南省化工學校，現(xiàn)為河南能源化工
集團中原大化公司甲醇事業(yè)部副總經(jīng)理。
摘 要：通過對本公司蒸汽加熱器泄漏原因進行分析，利用帶壓開孔新技術對蒸汽加熱器進行不停車在
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)裝置的長周期穩(wěn)定運行，并為同行提供了
實際操作經(jīng)驗。
關鍵詞：分子篩；蒸汽加熱器；帶壓開孔
中圖分類號： 文獻標志碼：Ａ 文章編號：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
河南能源化工集團中原大化公司甲醇空分項
目，裝置采用杭氧股份公司設計的ＫＤＯＮ －
５ ２０００／６ １ １ ０００ 型成套空分設備。該裝置自２００７
年１ １ 月試運行以來，多次出現(xiàn)因蒸汽加熱器泄漏
造成的系統(tǒng)ＣＯ２ 超標現(xiàn)象。特別是最近兩年，臨
近設計使用壽命末期，蒸汽加熱器泄漏更是給生
產(chǎn)帶來了更多的影響。本文結合有關文獻，對設
備泄漏原因進行分析，并對實際處理經(jīng)驗進行
總結。
１ 分子篩蒸汽加熱器運行工藝
本公司分子篩純化系統(tǒng)采用工藝成熟的臥式
分子篩，蒸汽加熱污氮氣作為分子篩再生氣源。
分子篩吸附器是成對交替使用，分子篩Ａ 工作
時，分子篩Ｂ 再生。吸附器再生前后分四步進
行：泄壓、加熱、吹冷、充壓。在加熱過程中，從冷
箱出來的污氮氣和從蒸汽管網(wǎng)過來的蒸汽在蒸汽
加熱器中進行換熱，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罐，走殼程的
污氮氣被加熱作為分子篩再生氣。
圖１ 分子篩蒸汽加熱器運行工藝流程圖
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，發(fā)現(xiàn)開始出現(xiàn)波動并逐漸增大，由正
常運行的小于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 ·
化工設計通訊第４１ 卷
嚴重超指標。同時在分子篩加熱階段，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)被迫降負荷運行。
２.２ 對裝置的影響
因蒸汽加熱器蒸汽泄漏至熱的再生污氮氣
中，造成再生污氮氣水份含量超標［１ ］，分子篩不徹
底，造成分子篩吸附能力下降，工作時出口ＣＯ２
含量上漲，干冰等雜質進入高、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。
由于再生污氮氣含有超標的水分，多余水分
進入分子篩孔隙中，分子篩機械強度下降部分粉
化，失去吸附能力，使用壽命大大降低，同時粉化
的分子篩在氣流帶動下，易進入換熱器中，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
碳氫化合物含量增加，降低了設備的安全系數(shù)。
２.３ 泄漏后采取的措施
（１
）增加分子篩再生污氮氣量，以降低污氮氣
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荷；
（４
）加強各項參數(shù)的監(jiān)護工作，做好事故預
案，避免事故擴大化。
３ 蒸氣加熱器常見泄漏原因
３.１ 蒸汽加熱器簡介
蒸汽加熱器是用過使用高溫高壓的飽和蒸
汽，進入加熱器管束管程，與來自殼程的污氮氣進
行熱交換來加熱污氮氣的。目前國內(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行氣液分離
后，高溫的冷凝液再次返回蒸汽加熱器進入預熱
管束，對污氮氣進行初步熱交換變成冷水流出。
污氮氣經(jīng)過預熱管束初步預熱，再通過加熱管束
加熱到所需要的溫度后離開蒸汽加熱器，對分子
篩進行加熱。節(jié)能型蒸汽加熱器充分利用蒸汽熱
量，降低了綜合能耗，是目前國內(nèi)較為主流的
設備。
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
別是在與污氮氣首先接觸的一側管束。我廠也對
該區(qū)域泄漏管束進行了多次封堵處理，經(jīng)過細致
分析，判斷該位置管束泄漏主要有四個原因：
（１
）污氮氣氣流沖刷引氣管束振動
蒸汽加熱器管束較長，污氮氣從一側高速通
過，最外側管束迎風受力，隨著污氮氣流波動，管
束也隨之振動。振動的管束與管束、固定管束的
管板或折流板反復摩擦，壁面逐步減薄，最終導致
管內(nèi)通蒸后泄漏。
（２
）反復加熱冷卻引氣材料疲勞
蒸汽加熱器是周期運行設備，整個管束與殼
側溫差最大的位置對應的也是污氮氣進氣位置。
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)生熱應力，當應力累計到一定數(shù)值，材料本
身就會發(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備生產(chǎn)常見問題。
只能督促制造商加強對設備材料及產(chǎn)品質量的
管控。
３.２.２ 管板泄漏
（１
）蒸汽沖刷管板
相對于常見的殼程蒸汽加熱換熱器，污氮氣
蒸汽加熱器蒸汽走管程。從主管來的蒸汽在封頭
內(nèi)被分配到更細的管束中，進氣方向不可避免對
管板進行沖刷。管板焊縫在長時間周期性高溫蒸
· 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
蒸汽加熱器工作初期，大量污氮氣進入換熱
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，頻繁的震動會引起管束與管板焊縫開裂。
我公司根據(jù)運行參數(shù)及以往檢修經(jīng)驗，判斷
本次管束泄漏可能性較大。在優(yōu)化工藝的同時，
技術人員聯(lián)系加熱制造廠家訂購新的管束。由于
新管束制作周期與生產(chǎn)需求時間的沖突，為避免
非計劃停車帶來的損失，決定租賃兄弟廠家閑置
蒸汽加熱器實施在線切換處理，并在新管束到貨
后，擇機回裝管束。
４ 在線更換處理
４.１ 實施方案
為不影響其他裝置生產(chǎn)運行，所有施工都在
線進行。在線并裝設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安裝資質及相關
施工經(jīng)驗，經(jīng)多次開會論證設備安裝及施工確定
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，參照安裝建設要求及工藝
需求，在原加熱器旁邊就近安裝。
原加熱器污氮氣進出口管線帶壓開孔，配管
與新加熱器對應口相連。自北側低壓蒸汽管線開
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，增設一條就地排放管線。
同時提高次中壓蒸汽壓力，滿足新舊加熱器使用
要求。經(jīng)過兩個周期運行，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氣進出口法蘭插入盲板，
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)
仍是污氮氣入口側管束開裂，經(jīng)過堵漏后，作為應
急備件入庫保存。
４.２ 運行數(shù)據(jù)對比
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
）熱器設備結構認識不透徹，沒有及時準確
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沒
有果斷采取降負荷措施，導致對分子篩吸附能力
產(chǎn)生嚴重影響。
（３
）分子篩出口二氧化碳含量嚴重超標時沒
有果斷采取停車措施，導致高低壓換熱器通道堵
塞，冷箱工況急速惡化。
５ 結束語
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)計劃外停車。我公司通過這
次應急事故處理不但提高了操作人員應對復雜工
況的能力和經(jīng)驗，而且給本行業(yè)同行進行類似問
題提供了借鑒的依據(jù)。
參考文獻：
［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．
《化工設計通訊》征稿啟事
為了進一步擴大《化工設計通訊》的影響，現(xiàn)雜志社特
面向國內(nèi)外化工界征稿。誠邀國內(nèi)外化工行業(yè)學術界和
企業(yè)界的科研技術人員、希望深入了解國內(nèi)外化工新技
術、新產(chǎn)品開發(fā)研究情況的化工從業(yè)人員為我刊撰稿。
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