硫冷凝器管束内漏原因分析与改造.docx

硫冷凝器管束内漏原因分析与防护对策
摘要本文分析了硫冷凝器换热管穿孔及换热管与管板连接焊缝出现裂纹导致管束内漏的原因，结合装置运行情况和设备状况提出了预防和处理措施，并对原设备进行了改造。
1前言
炼油厂Ⅰ、Ⅱ套6万吨/年硫磺回收联合装置采用了意大利KTI公司的技术，通过Claus和RAR工艺，回收酸性气中的硫。Ⅰ、Ⅱ套硫磺回收装置分别于1999年12月和2000年1月开汽，开工后因受各种因素的影响，Ⅰ套装置操作一直不平稳，造成装置频繁的停汽检修，其中多次因硫冷凝器换热管穿孔及换热管与管板连接焊缝出现裂纹导致设备内漏而被迫停汽。本文从多方面分析了Ⅰ套装置硫冷凝器产生内漏的原因并提出了防治措施。
2装置生产工艺和设备技术指标
2.1生产工艺流程
装置工艺流程简图见图1，酸性气与一定量的空气在燃烧炉内燃烧，酸性气中的H2S、NH3及可燃烧组分分别发生以下反应：
H2S→H2＋0.5S2H2S＋0.5O2→H2O+0.5S
H2S＋1.5O2→H2O+SO22NH3＋1.5O2→N2＋3H2O
CH4＋1.5O2→CO＋2H2OH2＋O.5O2→H2O
C3H8＋3.5O2→3CO＋4H2OC2H6＋2.5O2→2CO＋3H2O
在炉内约有65％的H2S直接生成气体硫，余下的35％H2S中有三分之一生成SO2，同时燃烧后的介质中还有少量的SO2、CO2、CS2、COS等。酸性气燃烧后的混合气体称作过程气，图1中粗线内的介质为过程气。过程气经过一、二级反应器（claus）时发生以下反应：2H2S＋SO2→H2O＋3/8S8；在硫冷凝器里过程气中的气体硫的液化按以下反应进行：
S8（气）→8S1（液）S6（气）→6S1（液）S2（气）→2S1（液）

F2101：燃烧炉E2101：废热锅炉E2102～2104：一、二、三级硫磺冷凝器E2105～2106：一、二级反应加热器R2101～2102：一、二级反应器V2105：尾气捕集器
图1硫磺回收装置主要工艺流程图
2.2设备操作和设计参数
Ⅰ套装置有硫冷凝器3台，分别为一、二、三级硫冷凝器，流程编号为E2102、E2103、E2104，其操作和设计参数见表1。
表1硫冷凝器的操作和设计参数
流程

编号操作参数设计参数介质温度℃压力MPa介质温度℃压力MPa管/壳管/壳管/壳管/壳管/壳管/壳
E2102过程气/水、水蒸汽307~160/
104~152
0.04/0.4过程气/水、水蒸汽350/200~
1000.5/0.6~-0.1

E2103过程气/水、水蒸汽252~161/
104~152
0.03/0.4过程气/水、水蒸汽350/200~
1000.5/0.6~-0.1

E2104过程气/水、水蒸汽212~152/
104~152
0.02/0.4过程气/水、水蒸汽350/200~
1000.5/0.6~-0.1

2.3设备的结构特点及其它技术指标
3台硫冷凝器均为固定管板式结构，管板与壳体的连接为对接焊接，换热管与管板的连接型式为强度焊接加贴胀，壳程上部留有蒸发空间，其结构简图如图2。

图2硫冷凝器简图
3台硫冷凝器的公称直径均为φ1900mm，壳体厚度14mm，材质为20g；一级硫冷凝器的换热管规格为φ38×3.5mm，长6100mm，二、三级硫冷凝器的换热管规格为φ32×3.5mm，长6100mm，材质均为20﹟无缝钢管，一、二、三级硫冷凝器分别有换热管658、831、919根；管板为Ⅱ级20﹟锻件，厚度48mm。
3设备失效情况
硫冷凝器投入使用不久，便分别发生不同程度的腐蚀，设备出现内漏，造成装置停车进行检修，装置停汽及设备检修情况见表2。
表2装置停汽及设备检修情况
时间停汽原因主要检修内容备注1999-12-3联锁停车无1999-12-8联锁停车无2000-1-11一级反应加热器换热管穿孔内漏大部分设备开盖检查2000-3-8尾气捕集器丝网加热盘管和三级硫冷凝器内漏尾气捕集器、燃烧炉、反应器、废热锅炉和一、二、三级硫冷凝器开盖检查E2104换热管穿孔6根，管子与管板连接焊缝出现裂纹21处2000-5-8一、二、三级硫冷凝器内漏大部分设备开盖检查一、二、三级硫冷器换热管穿孔2、1、12根，管子与管板连接焊缝出现裂纹4、5、21处2000-7-24一、二、三级硫冷凝器内漏更换三级硫冷凝器，一、二级硫冷凝器堵漏三级硫冷器换热管穿孔8根，一、二级硫冷器管子与管板连接焊缝出现裂纹36、23处2001-3-10一、二级硫冷凝器内漏更换一、二级硫冷凝器
可见硫冷凝器腐蚀失效的主要形态为换热管穿孔和换热管与管板连接焊缝开裂，虽然每次停汽检修，都对换热管与管板连接焊缝的漏点进行补焊处理，由于焊缝已经受到硫腐蚀，焊接性能极差，补焊难度大，质量差，装置开汽不久焊缝又重新开裂产生内