曹東輝

(丹東市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，遼寧 丹東 118000)

PVC制品具有色澤鮮艷、耐腐蝕、牢固耐用等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在建筑材料、工業(yè)制品、日用品、管材、電線電纜、包裝膜、纖維等多個(gè)行業(yè),與人們的生活息息相關(guān)。目前國內(nèi)生產(chǎn)PVC的主要工藝是乙炔法。氯化氫和乙炔按一定比例進(jìn)行混合，經(jīng)過多級冷凍、脫水，并經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。在轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)，混合氣體在固體氯化汞觸媒的催化作用下合成氯乙烯(該反應(yīng)屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)),殼程內(nèi)采用去離子水循環(huán)帶走反應(yīng)熱。在這一過程中，管板與列管焊縫之間極易出現(xiàn)泄漏。為了防止轉(zhuǎn)化器管板泄漏，降低生產(chǎn)成本，保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行，需要分析管板泄漏原因，并采取針對性的措施加以解決。

1 管板泄漏原因

下面對1臺在用DN3200轉(zhuǎn)化器從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行3方面分別分析造成管板泄漏的原因(其結(jié)構(gòu)圖見圖1)。

1.1 設(shè)計(jì)方面

(1)設(shè)計(jì)圖紙數(shù)據(jù)表明，管板孔是按Ⅱ級管束換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而折流板孔甚至低于Ⅱ級管束換熱器精度要求，且未標(biāo)明換熱管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)[1]。

(2)轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)圖紙未對換熱管與管板之間的焊縫質(zhì)量提出無損檢測、泄漏試驗(yàn)等特殊要求，使焊接質(zhì)量無法控制[2]。

(3)轉(zhuǎn)化器進(jìn)口的混合氣中含有氯化氫氣體和乙炔氣體，氯化氫氣體中可能夾帶微量的水，生成微量鹽酸，容易對換熱管與管板連接處造成腐蝕，而轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)圖紙未對上管板提出防腐要求。

(4)未提出測溫管與換熱管之間加工的特殊要求。殼程內(nèi)測溫管周圍熱水因孔心距大，流通阻力小，傳熱效果好；而測溫管附近的換熱管因孔心距小,流通阻力大，傳熱效果差。結(jié)構(gòu)上的差異使這兩者之間的熱應(yīng)力不一致。

(5)設(shè)計(jì)圖紙要求換熱管采用20#鋼，但未提出管端軟化退火要求，這對管板脹接質(zhì)量有不利影響。

(6)Φ500擋板上沒有分布孔，進(jìn)口的原料混合氣受到擋板緩沖后，大部分氣流在外周，處于擋板中心處的較少，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器內(nèi)部的原料混合氣無法均勻地分布在各個(gè)換熱管進(jìn)口。上管板上鋪設(shè)的20～30 mm厚的活性炭，被外周氣流逐步吹向中心處，導(dǎo)致活性炭堆放不勻、轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)原料氣分布及反應(yīng)不勻，相鄰換熱管熱應(yīng)力不一致，這些因素均容易對外周換熱管與管板的焊接質(zhì)量產(chǎn)生損傷。

(7)轉(zhuǎn)化器殼程熱水的設(shè)計(jì)溫度(99 ℃)無法滿足與其配套的自然循環(huán)冷卻工藝的要求。

1—溫度計(jì)接口；2—擋流板組件；3—混合氣入口；4—吊耳；5—手孔；6—上管箱；7—冷卻水出口；8—支座；9—管束組件；10—下管箱；11—合成氣出口；12—冷卻水進(jìn)口。

1.2 制造方面

(1)脹接工藝不符合要求，DN3200轉(zhuǎn)化器是有2 622根列管(其中4根為測溫管)的大型轉(zhuǎn)化器，在反應(yīng)較為激烈的工況條件下，采用機(jī)械脹接工藝不夠合理，對換熱管造成的機(jī)械損傷較大，易造成欠脹或過脹，存在的殘余應(yīng)力也較大，又未進(jìn)行熱處理，易對換熱管與管板連接處造成不利的影響[3]。

(2)焊接質(zhì)量達(dá)不到要求，金相檢測分析結(jié)果表明：焊縫中的主要缺陷為未熔合，焊縫熱影響區(qū)的組織為魏氏組織，其較脆，在轉(zhuǎn)化器使用過程中，焊縫的未熔合缺陷會向脆性組織方向擴(kuò)展，從而產(chǎn)生泄漏[4-5]。

(3)轉(zhuǎn)化器的換熱管選材不合理、管板孔加工精度不足，均難以保證焊接質(zhì)量和脹管接頭質(zhì)量，易造成轉(zhuǎn)化器換熱管與管板之間連接處泄漏。本臺轉(zhuǎn)化器采用GB/T 8163—2008中的20#鋼管，該標(biāo)準(zhǔn)對鋼管的外徑允許偏差和壁厚允許偏差較大，尤其是該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：“供方(鋼管廠)可用渦流探傷、漏磁探傷或超聲波探傷代替液壓試驗(yàn)”等條款，說明該標(biāo)準(zhǔn)對20#鋼管如不約定特殊要求，是不適合制造I級管束換熱器的[6]。

1.3 運(yùn)行方面

(1)觸媒水含量過高，導(dǎo)致觸媒結(jié)塊、氯乙烯副反應(yīng)增多、原料氣中的氯化氫與水結(jié)合生成鹽酸，帶來腐蝕性危害。盡管在使用時(shí)對觸媒進(jìn)行加熱并通入熱氯化氫或熱氮?dú)膺M(jìn)行脫水，但若脫水不徹底，會對轉(zhuǎn)化器的長周期使用造成不利影響[7]。

(2)在上管板上鋪設(shè)的活性炭沒有鋪均勻，在使用過程中測溫管附近堆放較多，測溫管內(nèi)的原料氣通入量較少、溫度偏低，進(jìn)而引起溫差應(yīng)力。

(3)轉(zhuǎn)化器循環(huán)熱水pH值、溶解氧超標(biāo)，易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

(4)轉(zhuǎn)化器殼程長期超溫運(yùn)行。轉(zhuǎn)化器殼程的設(shè)計(jì)溫度為99 ℃，而轉(zhuǎn)化器殼程的實(shí)際工作溫度長期處于100 ℃以上。轉(zhuǎn)化器長期處于超溫運(yùn)行，增加了轉(zhuǎn)化器換熱管與管板之間的焊縫熱應(yīng)力，對焊縫產(chǎn)生不利影響。

(5)轉(zhuǎn)化器中的乙炔流量過大，反應(yīng)過于激烈，出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，殼程換熱不及時(shí)，產(chǎn)生局部過熱，導(dǎo)致殼程內(nèi)循環(huán)熱水局部汽化，若排汽不及時(shí)，在殼程內(nèi)氣液混合后會出現(xiàn)水汽沖擊現(xiàn)象，發(fā)生管束振動，造成部分轉(zhuǎn)化器換熱管與管板之間焊縫損傷[8]。

2 減少轉(zhuǎn)換器管板泄漏的應(yīng)對措施

針對上述問題，有針對性地提出如下應(yīng)對措施。

(1)轉(zhuǎn)化器按Ⅰ級管束換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)。Ⅰ級管束換熱器采用較高級、高級冷拔鋼管，管板孔的加工精度和光潔度比Ⅱ級管束換熱器要求高。按Ⅰ級管束換熱器設(shè)計(jì)，不僅能保證換熱管焊接和脹接質(zhì)量高于Ⅱ級管束換熱器，還能使折流板獲得較好的支撐。

(2)轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)對換熱管與管板之間焊縫質(zhì)量提出無損檢測、泄漏試驗(yàn)等特殊要求[9]。

(3)轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)對管板提出防腐要求。

(4)應(yīng)提出測溫管與換熱管之間加工的特殊要求。采用20#鋼時(shí)，應(yīng)對管端進(jìn)行軟化退火，保證管板脹接質(zhì)量得到有效控制。

(5)對轉(zhuǎn)化器上蓋Φ500擋板加工分布孔，使原料混合氣能均勻分布，并緩和對換熱管的直接沖蝕，防止換熱器局部失效和泄漏。

(6)提高轉(zhuǎn)化器殼程熱水的設(shè)計(jì)溫度，使之與生產(chǎn)相匹配。

(7)加強(qiáng)施焊過程中各環(huán)節(jié)的管控工作，提高焊接質(zhì)量，保證產(chǎn)品安全可靠，選材合理。

(8)嚴(yán)格控制觸媒中的水含量。

(9)在上管板上均勻鋪設(shè)活性炭，測溫管內(nèi)裝滿觸媒。

(10)轉(zhuǎn)化器中的循環(huán)熱水應(yīng)采用去離子水，并須加入緩蝕劑等，以防止出現(xiàn)孔蝕、點(diǎn)蝕等電化學(xué)腐蝕。

(11)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)化器中的乙炔流量。生產(chǎn)操作中，盡量減少轉(zhuǎn)化器開停車頻率，合理安排生產(chǎn)任務(wù)。

3 結(jié)語

筆者對1臺DN3200轉(zhuǎn)換器的泄漏原因從多個(gè)角度進(jìn)行了分析，提出了對這臺轉(zhuǎn)換器管板泄漏的應(yīng)對措施，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，不同氯堿企業(yè)的轉(zhuǎn)化器泄漏的原因不同，不可一概而論，需要具體問題具體分析。如何能真正解決好管板泄漏問題，提高PVC產(chǎn)量，需要每位氯堿行業(yè)人員努力。只有經(jīng)過不斷實(shí)踐、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能有效防止氯乙烯轉(zhuǎn)化器的泄漏，在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，為我國氯堿行業(yè)的健康發(fā)展作出貢獻(xiàn)。