换热器如何选择

lijike

液态甲醇与水蒸气换热将甲醇升温汽化，在有相变情况下应该选用什么样的换热器？ 甲醇和水是走管程还是壳程 ？ 因为甲醇发生生了相变，体积变化很大，常规换热器可能不适用...反之，气态甲醇通过换热液化选什么换热器，走管程还是壳程

Horse

蒙古化肥厂低温甲醇洗装置自1997年4月开车，半年后发现2#主甲醇换热器及其管线严重腐蚀，多次发现泄漏，频繁停车检修处理，严重影响生产的正常进行，造成很大的经济损失。通过分析泄漏情况找到了腐蚀原因，从而采取相应的防护措施，至今生产运行状况良好。 1  腐蚀状况及原因
1.1  腐蚀状况
    2#主甲醇换热器的管束原设计材料为碳钢，投产半年以后发现其列管底端、管板及封头处因腐蚀严重，出现泄漏难以修复，停车将换热器中的管束全部更换，同时将换热管材质升级为 1Crl8Ni9Ti。但仍有腐蚀发生，后改为渗铝钢制作换热器列管，防腐效果很好。
    2#主甲醇换热器及其所属管线严重腐蚀，使换热管及其所属管线减薄甚至穿孔，造成甲醇泄漏。宏观观察碳钢换热器列管的腐蚀可以发现：腐蚀主要发生在列管钢管的u形段内部、固定列管的管板及换热器的封头等部位，表面附着一层红褐色铁锈，呈局部腐蚀状态，并且有许多麻点和坑孔，因腐蚀致穿的孔洞多呈圆形，在点蚀孔周围及底部没有穿晶及晶间裂纹。
1.2  腐蚀原因
    根据腐蚀状况的分析，2#主甲醇换热器的腐蚀除介质引起的局部腐蚀外，物料的冲刷和磨损也会造成腐蚀。
    1)介质的化学腐蚀。甲醇洗装置中6台2#主甲醇换热器结构相同，均为固定管板式U形管换热器，列管规格为￠19mm×2mm，管程介质为洗涤完原料气的富硫化氢甲醇液，出口温度96℃，入口温度－24℃，壳程介质为硫化氢再生后的贫甲醇，出口温度－12℃，入口温度92℃。由于管程出入口温差较大，腐蚀严重，物料大量泄漏。这说明腐蚀程度与介质的性质及温度有关。
     2#主甲醇换热器管程中的甲醇含有大量的 H2S，而H2S可直接与铁或铁的氧化物作用生成硫酸盐，对设备造成腐蚀。在实际生产中，由于甲醇系统中含有大量水分，硫化氢在一定温度条件下会溶解于水形成氢硫酸，氢硫酸与金属铁反应生成硫化亚铁，对设备也会造成腐蚀。介质对换热器的列管及与其相连的管道腐蚀后，从表面看金属的外形尺寸几乎不变，但金属的强度和延伸性降低，弹性范围也降低。

    富含H2S的甲醇在硫化氢吸收塔中闪蒸出 CO后，原料气中的羰基化合物及少量CO溶解于甲醇，与金属设备接触时能生成硫化铁，并附着在金属壁上。为了保证正常传热，在硫化氢闪蒸塔甲醇泵的出口处配入了一股原料气，流量为 200m3/h，这样就导致2#主甲醇换热器中的甲醇含有较高的CO，CO与金属铁发生化学反应，生成羰基铁，硫化氢的存在又促进了CO与金属铁的反应，加速羰基铁对设备的腐蚀。
    富含H2S的甲醇虽然经过硫化氢吸收塔，又经过硫化氢闪蒸塔甲醇泵加压，但随着温度不断升高，仍有硫化氢气体闪蒸出来，这样就形成溶解、闪蒸、再溶解过程，造成设备表面不规则受力，导致H2S对金属铁腐蚀加重。
    2)冲刷腐蚀。富含H2S的甲醇在列管表面流动，尤其是出现涡流或液体甲醇急剧改变流动方向时，由于甲醇液体的机械冲刷对列管金属表面保护膜的破坏作用，甲醇中的H2S就与列管金属表面不断发生化学或电化学作用，产生冲刷腐蚀。   
    冲刷腐蚀的特征是金属表面上常出现方向性的凹槽、沟道、波纹和圆孔等腐蚀外形。
    3)磨损腐蚀。系列管金属表面同时产生磨损和腐蚀的双重破坏形式。发生在液体甲醇改变流动方向的部位，如列管的U形管、管线拐弯部位。在这些部位处，液体甲醇的流动呈湍流状态，汽液动量变化较大，因此对换热器的磨损冲蚀严重，加快了换热器列管和管道的腐蚀。
2  防护措施
    1)加强生产管理，改变操作条件。为了防止 H2S溶解于水形成氢硫酸，对2#主甲醇换热器及与其相连的管道造成严重腐蚀，首先采取了调整甲醇水精馏塔的操作工况，严格控制冲、卸压速度等措施，以降低甲醇中水分的含量。
    2)选用耐蚀性能更好的材料。鉴于1Crl8Nl 9Ti材质耐H2S腐蚀及应力腐蚀性较差，后考虑换用其它耐蚀性能较好的材料，如碳钢渗铝材料。碳钢渗铝材料即对碳钢表面进行合金化处理，在碳钢表面上形成致密的铝一铁合金，渗层与基体结合力很强，且不影响碳钢的传热性能。渗铝钢具有较好的耐蚀性能，其对H2S、SO2、SO3、NH3、 CO2、海水等介质的耐蚀性是碳钢的4～40倍，而抗高温氧化的能力超过1Crl8Ni9Ti。是我国目前用来抗高温H2S腐蚀的较好材料。
    增加管壁厚度，选用厚壁管制作换热器列管，这样可使管壁厚度增加1～3.5mm，选用弯头、弯管时使弯头、弯管外圆壁厚增大1～2mm，以增加管线的曲率半径，减少湍流形成。这样就可减少液体甲醇对设备和管道造成冲刷和磨损腐蚀，延长其使用寿命，保证生产正常进行。
    3)严格操作。合成氨生产工艺流程长，化工单元多，一旦误操作就将给设备和管道带来不良的影响。严格操作对改善设备腐蚀是非常严重的。
    4)加强设备腐蚀调查和易腐蚀部位监测。腐蚀检测与规范化处理，引进和开发一系列成熟的在线检测方法并推行微机规范化管理。
3  结语
    2#主甲醇换热器的腐蚀是甲醇洗装置中普遍存在的问题，主要原因是甲醇中H2S的腐蚀、物料的冲刷腐蚀和磨损腐蚀。因此，对2#主甲醇换热器的腐蚀控制是一个系统工程，涉及到换热器的设计、制造、工艺操作等许多方面。所以，在生产实践中，必须采取综合治理的防护措施，全面控制各种腐蚀环境的形成，可以有效地提高换热器的使用寿命，保证整个甲醇洗装置安全平稳的运行。


Horse于2011-7-12 23:08补充以下内容：
应该是列管式换热器就可以，，但是需要考虑材质的选择问题

lijike

Horse 发表于 2011-7-12 23:05

                               
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蒙古化肥厂低温甲醇洗装置自1997年4月开车，半年后发现2#主甲醇换热器及其管线严重腐蚀，多次发现泄漏，频繁 ...

恩，有用，谢谢了！

落叶

你还是走管程吧

化工小妞

可以选择石墨制换热器，普通酚醛树脂就可以使用。

lijike

化工小妞 发表于 2011-7-13 13:29

                               
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可以选择石墨制换热器，普通酚醛树脂就可以使用。

石墨易脆裂﹐抗弯和抗拉强度低﹐因而只能用于低压﹐即使承压能力最好的块孔状结构﹐其工作压力一般也仅为0.3～0.5兆帕。石墨换热器的成本高﹐体积大﹐使用不多。它主要用于盐酸﹑硫酸﹑醋酸和磷酸等腐蚀性介质的换热﹐如用作醋酸和醋酸酐的冷凝器等。...........工作压强太低了，气体换热可能受不了吧

化工小妞

石墨制化工设备除了用于冷却、加热，也可以用作蒸发、再沸等等。工作温度可以高达300~400度，普通加强的耐压可至0.8MPA，近年甚至有些厂家可以做到1.6MPA。因其导热系数远大于钛材，所以相对价格也是要低一些....   但是其仍属于易碎品，不能进行剧烈的碰撞。。。。。  接触这些时间也不长...{:1106_365:}

成某人

谢谢。。。。。。。。。。。。楼主