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无水氢氟酸生产中列管式换热器的故障分析及措施

文档作者：丁运玲文档来源：多氟多化工股份有限公司		点击数：	更新时间： 2024年09月21日
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第6期 一6J一
无水氢氟酸生产中列管式换热器的故障分析
及措施
丁运玲
(多氟多化工股份有限公司， 河南焦作454006)
[摘要]列管式换热器是无水氢氟酸生产中的关键设备，在生产中曾经频繁出现泄漏和堵塞，需停产检修，给无水氢氟酸
的生产造成很大影响。为此，我公司经过认真研究和分析，找出了故障原因，采取了一定的解决措施，延长了换热器的使
用寿命，降低了设备检修成本，提高了企业经济效益。
[关键词]无水HF酸，列管式换热器；故障分析；解决措施
l背景概况
氢氟酸气体属于有毒气体，一旦出现泄漏，
将对环境造成严重破坏，人接触后轻者刺鼻、重
者对人体造成伤害。保证无水氢氟酸连续稳定安
全生产的要素有： 生产艺路线通畅、生产设备选
型正确、生产设备密封性能好、运转正常、生产
不间断等。为保证无水氢氟酸在满足新的环保法
要求下生产连续稳定，操作中需重点解决生产设
备的泄漏和堵塞这两点， 否则将造成无水氢氟酸
无法达到生产产能。
无水氢氟酸生产中使用的换热器， 全部为
列管式换热器，直接与氢氟酸接触，一旦发现泄
漏就需停产检修，导致生产间断，无法实现连续
稳定生产，因此属于无水氢氟酸生产中的关键设
备。
无水氢氟酸生产用的列管式换热器按换热介
质的不同分为三类：第一类是用冷冻水冷却的，
相对应的设备有预备粗冷、粗冷、一冷和二冷，
材质均为碳钢；第二类是用循环水冷却的，相对
应的设备有脱气塔冷凝器和精馏塔冷凝器，材质
均为碳钢；第三类是用蒸气加热的，相对应的设
备有脱气塔再沸器和精馏塔再沸器，材质均为碳
钢。如何解决换热器泄漏和堵塞问题，延长换热
器的使用寿命，己成为提高无水氢氟酸生产率的
关键。曾有一段时间，我公司无水氢氟酸生产车
间的换热器频繁出现泄漏，无法正常生产，为解
决这一难题，经过认真研究分析，找出了故障原
因，制定了解决措施。
2故障表现
第一类换热器：该类设备的绝大多数故障
均表现为进气端的管板与换热管之间的焊缝处泄
漏。
第二类换热器： 该类设备故障表现均为换热
管内泄漏及堵塞。
第三类换热器： 该类设备故障表现大多数为
换热管内漏及上管板处的外壳泄漏。
3故障分析及解决措施
现将这三类换热器的故障分析和预防措施分
别加以叙述。
3．1预备粗冷、粗冷、一冷、二冷的故障分析及解
决措施
3．1．1故障分析
根据原化学工业部化工机械研究所主编的
《化工生产装置的腐蚀与防护》一书介绍，碳钢
在常温的无水氢氟酸中是耐蚀的，但耐蚀是相对
的，其在各种温度下的腐蚀速度见表1。
表1 碳钢在各种温度下的腐蚀速度
温度(℃) 腐蚀率(mm／a) 温度(℃) 腐蚀率(mm／a)
15～ 25 0．O7～O．12 55～ 65 0．6O～ 0．80
25～ 40 0．16～ 0．21 65～8O 0．80～ 1．20
4O～ 50 0．35～ 0．67 8O～9O 2．2～3．2
40～ 55 O．35～ 0．68 12O～ l5O 2．6～3．0
作者简介：丁运玲(1974一)，女，河南焦作人，本科，工程
师，从事化工工艺及设备设计工作。
一
62一■ 故障诊断 石油和化工设备
2015年第18卷
在无水氢氟酸生产系统中，第一类换热器
是最先接触介质的换热设备，也是故障最多的换
热设备。笔者认为究其原因主要是原材料萤石中
含有一定的杂质，在反应生成氟化氢气体的同时
也反应生成一定量的水分，虽经预洗涤和预净化
处理除去了大部分水分，但进入粗冷时的氟化氢
气体仍有微量水分存在(800 ppm左右)， 微量
的水分与冷凝中的氟化氢气体结合形成微量的氢
氟酸，从而导致设备入口处管板与换热管之间产
生焊缝腐蚀， 如果在生产操作中没有较好地控制
氟化氢气体中水分含量增加的趋势，则腐蚀将会
加剧。多氟多化工股份有限公司刚开车期间，由
于尚未掌握生产控制的规律，该处的水分控制不
住，就出现过类似情况。
该处泄漏故障的机理是：任何焊接工艺都会
在焊缝内部存在一定的焊接缺陷，如气孔、夹渣
等，只是程度不同(即使按射线探伤一级标准也
允许每张照片中有一个微气孔存在)。正是由于
焊缝中有微气孔存在， 因此当该类换热设备在使
用一段时间后， 焊缝表面就会被腐蚀， 因这种腐
蚀是均匀的和极其缓慢的，所以对设备影响不太
大，但当腐蚀至微气孔暴露后，在氢氟酸极强的
缝隙和孔隙腐蚀作用下，氢氟酸就较快地沿孔隙
腐蚀下去直至穿透焊缝。
总之，生产工艺中氢氟酸的水分含量超标是
导致这类换热器发生故障的主要原因。
其次，法兰密封面密封不严，进入空气，空
气中的水分与氢氟酸气体结合，造成对换热器的
腐蚀。法兰密封不严也是导致这类换热器发生故
障的原因。
3．1．2预防措施
改善法兰密封形式，提高密封效果，将平焊
法兰改成凹凸面法兰。可避免因法兰密封不严，
少量空气进入，导致设备故障的发生。
对于焊缝内部存在微气孔的缺陷可从两个方
面入手：一是采用氩弧焊打底加电焊罩面或全氩
弧焊的方法， 尽可能减少焊接缺陷。二是严格控
制氢氟酸气体中的水分。
因粗冷是立式的，在气体入口管直接对着的
上管板区域焊缝和换热管更易被腐蚀， 目前我公
司在粗冷的气体入口处增设一四氟挡板，阻止氟
化氢气体直接冲刷管板，减少管外氟化氢流体对
管板的腐蚀。
3．2脱气塔冷凝器和精馏塔冷凝器的故障分析及解
决措施
3．2．1故障分析
这类设备的故障完全是由循环冷却水没有得
到应有的处理和控制导致循环冷却水显酸性，不
仅造成换热管腐蚀严重，并且在换热管外面形成
大量蒜泥造成堵塞，甚至造成有些壳体腐蚀非常
严重。
3．2．2预防措施
改善循环冷却水的水质。将冷却循环水全
部收集到一个循环水池中，用凉水塔进行冷却，
集中处理，循环使用。具体操作为：加入药剂，
制取满足无水氢氟酸换热器生产需要的冷却循环
水。同时制定冷却循环水的工艺操作规程，每月
清理一次凉水塔中的淤泥，每天对循环水池中的
水取样化验，对冷却循环水的硬度、pH值、钙、
镁、氯离子等指标进行监控， 一旦发现水质超
标，就采取置换等方式，确保循环水质能满足工
艺生产要求。
3．3脱气塔再沸器和精馏塔再沸器的故障分析及解
决措施
3．3．1故障分析
3．3．1．1因无水氢氟酸在沸腾状况下有界面腐蚀的
特点，之前氢氟酸液位没有规定，而管板与换热
管之间的焊缝不可避免地存在气孔、夹渣等内在
焊接缺陷，带压的氢氟酸就是从该缺陷进入换热
管的，使换热管腐蚀，慢慢地沿以前腐蚀破损处
喷出并腐蚀该部位的管板后再腐蚀穿透壳体。氢
氟酸液位无规定是导致再沸器发生故障的主要原
因。
3．3．1．2换热介质的原因。换热器采用过热蒸汽加
热，温度为180℃ ，参考表1可知氢氟酸在高温下
对碳钢设备的腐蚀速度很快，可达N2．6～3．0 mm／
3_3．2预防措施
3．3．2．1在确保设备制造无表面缺陷的前提下， 合
理控制无水氢氟酸的液位(液位高度控制在上管
板之上50～200 mm范围)。让界面腐蚀部位发生
在上封头的部位，同时将该部位的保温做成活动
的， 以便定期对该部位进行测厚(每月一次)，
发现壁厚减薄较多后， 安排计划停车更换上封
头，并对换下的封头进行修理做备用。
第6期 丁运玲无水氢氟酸生产中列管式换热器的故障分析及措施 ．63。
3．3．3．2加大对设备焊接的质量控制，确保管板与
换热管之间的焊缝表面无微裂纹、微气孔以及焊
缝高度局部低凹的缺陷的存在。
3．3．3．3将原工艺对精馏塔再沸器的加热介质由蒸
汽改为热水，热水温度控制为50±5℃ ，降低高温
导致氢氟酸对设备的腐蚀速度。具体操作为：首
先制作一个热水槽，材质为碳钢，规格尺寸：直
径3000mm×3000 mm (高)，放在氢氟酸生产车
间现场的一楼，在热水槽中注入一定量的冷水，
将本公司锅炉房生产的过热蒸汽用管道输送到热
水槽中，待水温升至50℃ 时，关掉蒸汽阀，停止
加入蒸汽，开始用热水泵将热水打入精馏塔再沸
器中进行加热。
3_3．3．4更换换热器材质，提高设备对氢氟酸的抗
腐蚀性能，降低氢氟酸对换热器的腐蚀速度。将
精馏塔再沸器内与氢氟酸接触的零部件材质全部
更换成合金825，将脱气塔再沸器内与氢氟酸接触
的零部件材质全部更换成316L。
4结论
通过对氢氟酸生产用列管式换热器的故障分
析，采用上述有效处理措施后，目前我公司的换
热器使用寿命有了较大程度的延长，如第一类换
热器的使用寿命从一年延长到三年以上，第二类
换热器的使用寿命从一年延长到五年以上，第三
类换热器的使用寿命从一年延长到三年。换热器
使用寿命延长，减少了换热器检修次数，提高了
换热设备安全稳定运行周期，降低了换热器检修
费用，有利于提高无水氢氟酸的产量，公司经济
效益得以明显提高。上述作法可为无水氢氟酸生
产用换热器的设计、使用、维护提供一定的借鉴
作用。
◆参考文献
[1】天华化工机械及自动化研究设计院．化工生产装置的腐蚀
与控制口 匕京：化学工业出版社，2009．
[2】国家医药管理局上海医药设计院编．化工工艺设计手册
tM]．北京：化学工业出版社，1986．
【3】GB150-2011，压力容器[S】．
(上接57页)
超声检测。
4．3磁粉检~IJ(MT)
焊前对焊接接头的焊缝坡口及其两侧，焊接
接头在焊后、热处理和水压试验后，焊缝清根以
及缺陷返修，连接附件去除之后的容器表面均要
进行磁粉检测，以确保无裂纹类缺陷存在。
4．4渗透检测(PT)
在无法进行和不能用磁粉检测的部位， 还需
在ISR、PWHT和水压试验后进行渗透检测。
4．5硬度测试
对A、B和D类接头进行硬度测试，控制硬度
应在允许范围内。
◆参考文献
【1】GB150-201 1，压力容器【S】．
【2]NB／T47015-2011，压力容器焊接规程【s】．
【3]TSGR004-2009，固定式压力容器安全技术监察规程[s】．
本刊郑重声明
近日一些读者、作者来函来电询问我刊是否在外地设有编辑部及某编辑进行组稿的问题。本刊特此
郑重声明：本刊只有一个编辑部，设在北京市西城区黄寺大街24号院19号楼B219室，联系电话：010．
64256689，传真010-82032623，投稿邮箱：hgbshsb@163．com。本刊在外地没有所谓的编辑部或分部，从未
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