環(huán)氧丙烷裝置氯醇液換熱器的工藝流程如下：

鈦塔出來(lái)得氯丙醇液（大量的水、3％－3.8%的氯丙醇、1.5%-1.75鹽酸）從60℃預(yù)熱到72℃左右。根據(jù)設(shè)計(jì)選用了固定管板式鈦換熱器，鈦材的最大優(yōu)點(diǎn)是耐蝕性能好，它的耐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)不銹鋼。鈦在自然條件下或含氧氣氛中，其表面會(huì)形成一層致密的氧化膜，該膜能抵抗比如鈦與濕氯、氯化物等多種化學(xué)介質(zhì)，氧化性、中性介質(zhì)，有機(jī)化合物和堿溶液的腐蝕。換熱管可以比較薄，提高傳熱效果，設(shè)備體積和重量小。

1、材料選用

（1）管程走腐蝕性介質(zhì)的流程比較經(jīng)濟(jì)。在這種情況下?lián)Q熱管采用鈦管－管箱采用鈦復(fù)合鋼板或鈦襯里、管板可采用鈦復(fù)合鋼板或在鋼管板上襯6－10mm的鈦板，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮殼體和管子之間的膨脹差問(wèn)題。

（2）復(fù)合管板結(jié)構(gòu)管板是鈦復(fù)合鋼板應(yīng)用的一個(gè)重要方面。由于管板操作條件苛刻，希望貼合率盡可能高。在這里順便介紹一下復(fù)合管板爆炸復(fù)合加工工藝，爆炸焊原理是在起爆過(guò)程中兩金屬產(chǎn)生高速傾斜碰撞，在碰撞點(diǎn)前形成足夠大的高壓區(qū)。這個(gè)高壓區(qū)的壓力超過(guò)－臨界壓力（大于材料屈服強(qiáng)度10倍左右）同時(shí)，兩金屬碰撞時(shí)，碰撞角必須超過(guò)某一臨界角度并把碰撞點(diǎn)的速度控制在亞音速范圍內(nèi)，以產(chǎn)生噴射流破除和清潔金屬內(nèi)表面臟物，露出潔凈金屬在高壓作用下二金屬冶金結(jié)合在一起在高壓作用下二金屬冶金結(jié)合在一起。

（3）管子與管板連接形式

①脹接：脹接是靠管子的變形來(lái)達(dá)到密封合固緊的一種機(jī)械連接法。這種連接法受溫度限制比受壓力限制大。隨著溫度升高，管與管板剛性下降，熱膨脹應(yīng)力增大，引起接頭松動(dòng)。這一點(diǎn)，對(duì)鈦制換熱器更為突出，因?yàn)殁伒牧W(xué)性能隨溫度變化較一般碳素鋼、低合金鋼哥更大。另一方面，工業(yè)純鈦在常溫下有低溫蠕變現(xiàn)象，在可能產(chǎn)生縫隙腐蝕的環(huán)境不宜采用。

②焊接：高溫度、壓力較高時(shí)，焊比脹更能保證密封性，在高溫下，蠕變使脹接殘余應(yīng)力松弛，易造成泄漏，但焊接不能完全避免縫隙腐蝕。

③脹接加密封焊：這種連接適用復(fù)合管板，管子所承受載荷由脹接承擔(dān)，密封焊只起加強(qiáng)密封作用，在可能產(chǎn)生縫隙腐蝕的環(huán)境中，應(yīng)采用這種連接方法。

根據(jù)上述優(yōu)點(diǎn)：由于殼程走熱水，我裝置鈦換熱器采用是鈦管－管箱采用鈦復(fù)合鋼板，鈦列管與復(fù)合管板采用脹接加密封焊形式。

2、以往發(fā)生的故障及處理方法

2.1首次故障背景

在這臺(tái)換熱器投用的第一年就發(fā)生管程泄漏，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)復(fù)合管板的鈦復(fù)合層有缺陷，造成管程泄漏。

檢修方案如下：更換二端復(fù)合管板，保留鈦列管。二端復(fù)合管板割除，相應(yīng)的鈦列管、碳鋼殼體根據(jù)管板厚度縮短150－200mm，盡量控制在160mm內(nèi)，復(fù)合管板重新制作，列管與管板采用脹接加密封焊，殼體內(nèi)的折流板、定距管、拉桿等重新制作，殼體保留。

2.2二次故障背景

在使用二年后因密封面泄漏造成復(fù)合層分離。腐蝕原因：

因?yàn)殁亾Q熱器的管箱密封面的滲漏，帶有腐蝕性介質(zhì)的鹽酸自密封面處滲出，慢慢地滲入到鈦與鋼的結(jié)合部位，長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕作用，使鈦與鋼的結(jié)合處產(chǎn)生腐蝕分離現(xiàn)象。如圖a所示：

檢修方案如下：上述腐蝕長(zhǎng)度約200mm，寬約20mm，深約30mm，共有四處這樣的腐蝕區(qū)域。設(shè)備左右復(fù)合管板復(fù)層與基層間的腐蝕區(qū)，采用各鑲一同形狀的復(fù)合板（鈦－鋼），然后復(fù)層鈦與鈦之間倒坡口焊接，基層鋼與鋼之間倒坡口焊接（。維修前腐蝕區(qū)要加工成較規(guī)則形狀）。鑒于兩管箱鈦焊環(huán)密封面有腐蝕和脆化現(xiàn)象，該密封面鈦材已有縫隙腐蝕和吸氫現(xiàn)象，已無(wú)維修補(bǔ)焊的可能，更換材質(zhì)為TA10，該材質(zhì)耐縫隙腐蝕性能較好。如上圖b所示。

2.3本次故障背景

再使用了四年后，再次發(fā)生因密封面泄漏造成復(fù)合層分離，現(xiàn)象與第二次相同，復(fù)合板邊沿鈦與鋼的結(jié)合處產(chǎn)生腐蝕分離現(xiàn)象，兩管箱鈦焊環(huán)密封面有腐蝕和脆化現(xiàn)象，因生產(chǎn)檢修情況緊急，所以采用酚醛樹脂涂在密封面和墊片之間，在酚醛樹脂流動(dòng)狀態(tài)下上緊管箱的法蘭螺栓，待酚醛樹脂固化后投入生產(chǎn)使用，這是臨時(shí)措施。

為使在短時(shí)間內(nèi)對(duì)該換熱器進(jìn)行整修，為此事業(yè)部設(shè)備動(dòng)力部與設(shè)計(jì)制造單位協(xié)商在短時(shí)期內(nèi)完成較徹底的檢修，第一次的方案因復(fù)合管板的加工周期較長(zhǎng)，以及費(fèi)用較貴（原因是鈦材近期漲幅過(guò)大），無(wú)法確保生產(chǎn)應(yīng)急；第二次的方案采用各鑲一同形狀的復(fù)合板（鈦－鋼），然后復(fù)層鈦與鈦之間倒坡口焊接，基層鋼與鋼之間倒坡口焊接。由于此臺(tái)換熱器此次復(fù)合板泄漏點(diǎn)就靠近上次返修鑲復(fù)合板部位，而且上次腐蝕長(zhǎng)度約200mm，寬約20mm，深約30mm，共有四處這樣的腐蝕區(qū)域，此方案成功的可能性已無(wú)。

3、此次檢修的方案及對(duì)故障原因分析及措施

由于反復(fù)出現(xiàn)因密封面泄漏造成復(fù)合層因腐蝕分離，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)目前的工藝條件與初步設(shè)計(jì)的工藝條件進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)由于裝置進(jìn)行改擴(kuò)建，工藝配套的輸送泵的揚(yáng)程發(fā)生變動(dòng)，變動(dòng)情況如下：

項(xiàng)目因此對(duì)該換熱器的法蘭強(qiáng)度進(jìn)行重新校核，發(fā)現(xiàn)密封面泄漏造成的實(shí)際因素。下列是校核過(guò)程：

除管箱法蘭校核不合格外，由于聚四氟乙烯墊片壓不緊形成縫隙，易產(chǎn)生縫隙腐蝕，產(chǎn)生原因分析：用聚四氟乙烯墊墊片又過(guò)寬，都碰在管板凸面上，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，管板泄漏較重的密封面墊片上的壓痕深淺明顯不同，說(shuō)明連接法蘭時(shí)緊固螺栓用力不均，造成密封墊片上受力大小不同，使墊片與管板之間的狹縫間隙的幾何尺寸處在產(chǎn)生較大腐蝕速度的敏感區(qū)域，一部分物料滲入并維持靜滯狀態(tài)，與鈦的鈍化膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鈍化膜破裂，在縫隙中，由于氧化膜被破壞，滲入的液體又阻礙氧（或氧化劑）進(jìn)入，這樣由于縫內(nèi)外氧濃差造成宏觀電池，生成TiH2；此外，由于物料中含有Cl-離子，從縫外向縫內(nèi)擴(kuò)散造成濃縮，并與水解反應(yīng)形成的氫離子生成鹽酸，加速鈦的腐蝕，這樣不斷循環(huán)，縫內(nèi)金屬鈦不斷溶解，產(chǎn)生較嚴(yán)重的縫隙腐蝕。泄漏的介質(zhì)中含有鹽酸，與復(fù)合面上的基層材料發(fā)生反應(yīng)，隨著時(shí)間的推移，腐蝕長(zhǎng)度、深度不斷擴(kuò)大，就這樣形成了腐蝕帶。所以需采用堅(jiān)固的法蘭和較大的螺栓來(lái)加強(qiáng)法蘭密封，另外采用抗縫隙腐蝕較好的鈦鈀合金來(lái)做密封面材料，鈦鈀合金具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)稀鹽酸和稀硫酸的耐蝕性比純鈦高，這種合金改善了工業(yè)純鈦在還原性介質(zhì)中的耐蝕性能，如它在室溫的10%硫酸、10%的鹽酸以及中等濃度的甲酸和檸檬酸中均具有較好的耐蝕性能，而且它保持了純鈦的耐硝酸、鉻酸等氧化性介質(zhì)的耐蝕性能；具有較好的耐縫隙腐蝕能力；吸氫能力小，不宜產(chǎn)生氫脆，表面生成的氧化膜具有較高的抗氫滲透能力。

Ti-0.3Mo-0.8Ni合金的加工性能、焊接性能接近純鈦，而在200-300℃下強(qiáng)度較純鈦高1.5-2倍。

為此我們提出一個(gè)較為合理又簡(jiǎn)便實(shí)用的檢修方案：如圖c所示：

如圖，增加一筒節(jié)，筒節(jié)內(nèi)有兩塊（TA2）8mm隔板，筒節(jié)材料可以用復(fù)合板或純TA2，筒節(jié)一端和殼程復(fù)合管板密封面連接處焊死，由于鈦復(fù)合面由原來(lái)單純受壓狀態(tài)，經(jīng)過(guò)與短節(jié)焊接后成受拉伸狀況，所以對(duì)焊接面的法蘭螺栓要全部帶緊，增加對(duì)鈦復(fù)合面的預(yù)緊力，防止鈦復(fù)合面剝離。如圖(d)所示：

另一端與管箱活套法蘭連接，法蘭厚度從原設(shè)計(jì)60mm增加到70mm.，焊環(huán)采用鈦鈀密封環(huán)。對(duì)原管箱的焊環(huán)更換成鈦鈀材料，活套法蘭增厚為70mm。

4、結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述的搶修，對(duì)設(shè)備殼程和管程進(jìn)行水壓試驗(yàn)，壓力為實(shí)際操作最大壓力的1.25倍，分別為0.75Mpa和1Mpa，經(jīng)試驗(yàn)合格后即投入生產(chǎn)運(yùn)行，目前運(yùn)行正常。證明本次檢修方案的合理性經(jīng)得起考驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾亮，周春玉，張東，相變材料導(dǎo)熱性能強(qiáng)化的研究發(fā)展，材料科學(xué)與工程，上海，2010.

[2]王志魁，《化工原理》，化學(xué)工業(yè)出版社.

[3]錢頌文，換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)，2007.

[4]張平亮，新型換熱器及其技術(shù)發(fā)展，煉油技術(shù)與工程，2007.

[5]廖傳華，史勇春傳熱過(guò)程與設(shè)備{M},北京：中國(guó)石化出版社，2008.

[6]史美中，王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì){M}，南京：東南大學(xué)出版社.

作者簡(jiǎn)介：郭洋洋，男，（1984-），中國(guó)石化上海高橋石油化工有限公司，從事設(shè)備材料運(yùn)行管理及采購(gòu)的質(zhì)量控制工作。

相關(guān)鏈接