大庆炼化公司润滑油厂的异构脱蜡装置自1999年10月投产以来，已经运行了12年。2008年11月2日，异构脱蜡装置在正常运行过程中，空冷器EC5300/B管束发生爆管，造成整个装置停工。本文对异构脱蜡装置高压空冷器在运行过程中产生的爆管情况及原因进行了分析，并提出了整改措施。

爆管现场分析

空冷器EC5300/B爆管位置在空冷器入口第一管程入口管附近，如图所示：从空冷管束右侧向左数第六根管束，距管箱侧壁245mm处，在管束入口内衬管尾端出口28mm的位置，爆管开口方向向下，管束的正下方有明显的减薄现象，爆口部位内壁较光滑平整，未见明显腐蚀产物或垢状物存在，对第一管程入口其他管束靠近衬管尾端的部位进行检查，在衬管尾端管束下方均有明显减薄现象，而在远离爆管部位处，壁厚减薄并不明显。

图1 冲刷腐蚀速率和位置的关系

空冷器的工艺条件

EC5300的工况条件

工艺介质：氢气（流量20000Nm3/h），润滑油基础油（60%），少量的石脑油（5%），柴油（10%）和除氧水（1.5t/h，溶解硫化氢和氨）。操作压力：11~12MPa。操作温度：空冷器入口110~120℃，出口40~50℃。

EC5200的工况条件

工艺介质：氢气（流量15 000~20 000 Nm3/h），除氧水（1.5t/h，溶解硫化氢和氨），少量硫化氢约为1000ppm，极少量的氨。操作压力：12 MPa左右。操作温度：空冷器入口140~150℃，出口温度40~50℃。

图2 不同入口速度的冲刷腐蚀速率和位置的关系

EC5200/EC5300设计条件

异构脱蜡装置有空冷器EC5200一台，EC5300四台。型号：GP9×2-4-85-16.0SF-23.4/G-Ⅳt；生产厂家：哈尔滨空调股份有限公司；设计温度：250℃，最大操作温度：215℃；设计压力：16 MPa，最大操作压力：13.8 MPa；主要受压件材料：管箱20（JB4726-2000）三级锻件，法兰20（JB4726-2000），换热基管10，螺栓35CrMoA。

原因分析

为分析异构脱蜡空冷器管束爆管的原因，聘请了中国金属研究所的有关专家，对碳钢在不同管道形状的流动冲刷腐蚀进行模拟分析，其分析计算情况如下。

图3 冲刷腐蚀最大腐蚀速率和流速关系

1．突扩管条件下碳钢在不同流速、位置的冲刷腐蚀速率计算结果

图1给出了在流体入口速度为0.1m/s时的突扩管位置冲刷腐蚀速率与位置关系图。很明显，在突扩管口附近的冲刷腐蚀速率最大，这与现场观察结果是相吻合的。

图2、图3分别是在不同流体入口速率条件下的突扩管冲刷腐蚀速率和位置的关系图、最大腐蚀速率和流速关系图。可见，随流体流速增加，突扩管冲刷腐蚀速率增大，且其最大值发生距突扩管口距离随流体流速增加而增加，后又迅速减少。

2．变径管条件下碳钢在不同流速、不同位置腐蚀速率的计算结果

图4是在变径管条件下，冲刷腐蚀速率和位置的关系图。与前述变径方式相比，对细管出口端作倒角处理有助于减缓冲刷腐蚀速率。同时也可看到，由于在倒角区存在湍流，故存在几个冲刷腐蚀速率峰值。

图4 冲刷腐蚀速率和位置的关系（入口速度0.5m/s、1m/s、5m/s、10m/s）

3．计算分析结果

对碳钢在不同管道形状单相流中的冲刷腐蚀速率的初步计算机模拟结果表明，突扩管存在冲刷腐蚀速率极大值，该极大值随流体流速的增加而变大，且该极大值位置随粗管管径的变大而后移，空冷管的实际失效结果与上述模拟结果是吻合的。计算模拟也表明，若对空冷管的内衬管出口端作倒角处理可在一定程度上减缓冲刷腐蚀程度，但这有待实际检验。

4．空冷器管束爆管原因

把中国金属研究所对不同管道形状的流动冲刷腐蚀进行模拟分析的计算结果和现场实物照片提供给SEI（中国石化工程建设公司）进行爆管原因分析。从相关资料、图片情况看，爆管原因应该主要是冲刷腐蚀，情况类似于扬子石化、镇海炼化的高压空冷器的情况。SEI根据杨子石化100万t/a加氢裂化装置的高压空冷器A-53101发生了泄漏的情况，采用CFD方法对高压空冷器管箱内流动情况进行了分析，计算得到了管箱内流体流动情况，如图5所示。

图5 管箱内液体流动情况

在入口管两侧形成了较为强烈的涡流区，对管束入口形成不利的剪切冲刷流动，由于涡流区的作用，涡流区内管束的入口流动存在较大的对管束内壁的冲击动量，易造成管束内壁的冲击腐蚀；同时，涡流速度矢量与管箱平行，具有较强的剪切冲刷作用，将造成管束入口与管板胀接处的剪切腐蚀。

从以上对比分析可以得出结论：异构脱蜡高压空冷器管束爆管原因是由于在空冷器入口处存在着比较强的涡流区，在该位置进入管束的介质流速较快，流动形式比较复杂，并且在衬管尾端突然扩径，对管束内壁构成冲刷腐蚀，长期运行管壁逐渐减薄，最终导致爆管。改进意见是更换新的空冷器管束，入口管箱采用新型带入口分配孔板的管箱，入口衬管采用尾端削边扩口。SEI建议我们采用一种新型空冷器管箱，如图6所示。

这种管箱包括入口管、顶板、丝堵、丝堵板、管板、换热管等部件，其特点是在空冷器管箱中设置一个布有筛孔的分配孔板，该分配孔板将管箱分为上、下两层，再分配孔板上部形成一个新增加的入口缓冲区；且分配孔板四周与空冷器管箱固定；同时分配孔板上部有大量筛孔；入口缓冲区的一部分空间作为缓冲用，其余部分作固定分配孔板用。这种管箱的特点在于：通过设置分配孔板，改变了空冷器入口管箱的结构设计，能减少和消除管箱内局部涡流，改善冷却介质进入换热管的均匀性，解决空冷器冲刷腐蚀泄漏问题，延长碳钢空冷器管束的使用寿命。

图6 新型空冷器管箱

解决方案

对现有的5台旧的空冷全部进行更换，采纳SEI的专利技术，采取在空冷器入口管箱中设置一个布有筛孔的分配孔板的结构形式。在管束内介质流速允许的条件下，在空冷器第一管程采用复合管（相当于通长衬管），即换热管基管不变，通过复合的316L衬管塑性变型与基管紧密贴合，该方案使介质在进入管束前流形更加稳定，进一步减少局部涡流；同时管束通长复合管，不存在扩径的影响，可避免换热管的冲刷腐蚀。5台空冷器由哈空调制造，于2009年4月进行更换投入使用，目前运行良好。