炼油催化裂化装置中U 形管换热器检修研究

2 炼油催化裂化装置中U 形管换热器概述

炼油催化裂化装置中的 U 形管换热器是关键的热交换设备，其作用至关重要。U 形管换热器在催化裂化过程中起到冷却和加热流体的关键作用，在炼油工业中，催化裂化是将重质石油馏分转化为轻质石油产品的关键过程。在这个过程中，原料液体或气体需要在不同的温度下进行反应，而 U形管换热器通过调节和控制流体的温度，确保催化反应能够高效进行，产出预期的产品[2]。U 形管换热器有助于提高能效，通过有效地将热量从高温流体传递给低温流体或将热量从反应产物中回收，U 形管换热器帮助炼油厂降低能耗，提高能源利用效率。

3U 形管换热器的故障分析

3.1 管道堵塞或积垢

管道堵塞或积垢表现为流体中的固体颗粒、沉积物或化学反应产物长期积聚在管道内部，导致管道流道减小或完全堵塞。管道堵塞由多种因素引起，包括原料中的杂质或沉淀物、管道内部结构设计不当或运行条件不合适等[3]。这些堵塞物会在管道内逐渐积聚，阻碍流体的正常传递，导致换热器的热交换效率下降，甚至引发设备的停机维修。管道内的积垢问题也是一个长期存在的挑战，随着时间的推移，流体中的成分可能会在管道内壁上沉积并逐渐形成固体物质。这些积垢不仅会减少管道的有效截面积，还可能改变流体的流动特性，增加能量损失并降低换热效果。

3.2 管壁腐蚀

管壁腐蚀表现为长期高温、高压作用下，管道材料（如不锈钢或合金钢）表面发生腐蚀，导致管壁变薄、产生孔洞或裂纹。管壁腐蚀由多种因素引起，包括工作环境中的化学物质侵蚀、操作条件不当、材料选择不当或质量问题等。化学物质侵蚀是管壁腐蚀的主要原因之一，在催化裂化过程中，存在着高温、高压及含有硫化氢、酸性物质等腐蚀性成分的工作环境，这些化学物质会与管壁材料发生反应，加速金属表面的腐蚀过程。特别是在高温下，腐蚀速度可能会显著增加，导致管壁厚度减少和结构强度下降，最终可能引发管道破裂或泄漏[4]。操作条件不当也可能导致管壁腐蚀，例如，过高的操作温度或压力超出了管道材料的设计极限，使得管壁在长期运行中逐渐失去耐蚀性。此外，不合理的流体流速或流体流动状态不稳定，可能在管壁表面形成腐蚀点，进而加速腐蚀过程。

3.3 密封失效

密封失效表现为密封件老化、磨损或不当选择，导致管道间的介质交叉污染或泄漏。密封失效由多种因素引起，主要包括密封件老化、操作条件不当、安装质量问题或设备设计缺陷等。密封件老化是导致密封失效的主要原因之一，由于长期工作在高温、高压及可能含有化学腐蚀性物质的环境中，密封件会受到严峻的工作条件影响，导致其材料性能逐渐降低。随着时间的推移，密封件可能会出现硬化、变形、龟裂或失去弹性等现象，从而无法有效地阻止流体或介质的泄漏[5]。操作条件不当也可能引发密封失效，例如，过高或过低的操作温度、压力波动频繁、介质浓度变化大等因素都可能对密封件造成不利影响。这些因素可能导致密封件过早磨损或失效，使其无法维持良好的密封性能。

4 U 形管换热器的故障处理方法

4.1 管道堵塞或积垢的处理方法

在炼油催化裂化装置中，管道堵塞或积垢是常见的故障问题，会影响U 形管换热器的正常运行和热交换效率。处理这些问题需要采取有效的方法，以保证设备的稳定性和生产效率。

针对管道堵塞问题，常见的处理方法包括机械清洗和化学清洗。机械清洗通常通过使用专业的清洗设备或工具，对管道内部进行高压水冲洗或机械刮擦，以去除堵塞物和沉积物。这种方法能够有效地清除管道内的固体颗粒或粘附物，恢复管道的正常流通状态。

化学清洗是处理管道积垢问题的常用手段，通过选用合适的化学清洗剂，可以有效溶解管道内壁的沉积物，包括硫化物、钙镁盐和有机物等。化学清洗通常需要根据具体的堵塞或积垢情况选择合适的清洗剂和清洗方法，确保在不损害管道材料的前提下彻底清除污垢。

4.2 管壁腐蚀的处理方法

针对管壁腐蚀问题，常用的处理方法包括定期的检测和评估，以及必要时的修复和更换。定期的检测是预防管道腐蚀问题的关键步骤，通过使用先进的非破坏性检测技术如超声波检测、磁粉检测或厚度测量等，能够对管壁进行全面和系统的评估。这些技术能够准确地探测管壁内外层的厚度变化和潜在的腐蚀点，帮助工程师们及时发现和评估管道腐蚀的程度和位置。

针对轻度腐蚀，可以采取表面处理和修复技术。例如，使用特殊的防腐涂层或补焊修复技术，对受损的管壁表面进行修复和保护，防止腐蚀继续扩展和加剧。这些技术需要确保修复区域的完整性和耐蚀性，以恢复管道的结构强度和长期稳定性。另外，对于严重腐蚀或损坏的管壁部分，可能需要考虑更换管道或局部修复。根据腐蚀的程度和管道的结构特点，选择合适的材料和工艺进行管道更换或修复，确保设备的整体性能和安全运行。

4.3 密封失效的处理方法

针对密封失效问题，应当进行定期的检测和维护。通过定期检测密封件的状态，包括其弹性、硬度和完整性等特征，可以及时发现并评估密封件是否存在老化、裂纹或变形等问题。在检测中，可以使用压力测试、泄漏检测或视觉检查等方法，确保密封件的正常工作状态。

对于已经失效的密封件，常见的处理方法包括更换和修复。在决定是否更换密封件时，需要综合考虑其损坏程度和对设备安全运行的影响。对于严重老化或损坏的密封件，应立即更换新的密封件，以恢复其原有的密封功能和操作效率。在选择新密封件时，必须考虑设备的具体操作条件和工作环境。选择合适的密封件材料和规格至关重要，确保其耐腐蚀性、耐高温性和密封性能符合设备的要求。

结论

通过本次研究，深入分析了 U 形管换热器在使用过程中遇到的多种故障，包括管道堵塞、管壁腐蚀、密封失效、管束振动或机械损伤等问题，并针对每一类故障提出了相应的处理方法和预防措施。本文强调了定期的检测和维护对于延长设备寿命、保障安全生产的重要性，建议在操作过程中严格执行设备操作规程和安全操作规范。此外，通过优化设备的支撑结构、选择合适的材料和技术进行修复，可以有效提高设备的稳定性和可靠性。

参考文献

[1]张亚宁. 一种立式U形管换热器结构分析与设计 [J]. 化工设备与管道, 2021, 58 (02): 43-48.

[2]孔令宝,张士博,刘召磊. U 形管式换热器设计与制造工艺分析 [J].化工管理, 2020, (07): 110-111.

[3]朱锋杰. 高温氮气U形管换热器运行故障分析及改进措施 [J]. 合成技术及应用, 2021, 36 (04): 52-54.

[4]刘亚龙,安天佑,郑红果,等. 换热器腐蚀机理分析 [J]. 化工管理,2022, (02): 125-127.

[5]栾刚. 炼化装置换热器失效模式分析与维修措施 [J]. 中国设备工程,2023, (S2): 140-142.