乙烯二部裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257泄漏原因分析

2025年1月23日，乙烯二部22万吨/年乙烯压缩装置54-E-131循环水支线处的在线气态烃分析仪烃含量监测值异常，经确认，裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257存在泄漏。为彻底消除该隐患，2025年3月17日-20日，压缩装置降负荷，将10-E-257换热器切出检修，并进行腐蚀检查、机理分析，现结合此次检修情况对10-E-257泄漏原因进行综合分析。

一、工艺流程与设备参数

1. 工艺流程

来自急冷塔10-C-105的裂解气，经过三段压缩，每段之后都进行冷却和凝液分离。在三段出口罐（10-V-204）之后，气体进入碱/水洗塔（10-C-203）以脱除酸性气体硫化氢和二氧化碳，正常运行期间，碱洗塔顶硫化氢和二氧化碳在线分析为0ppm（指标≤1ppm），碱洗塔顶裂解气进入四段压缩，四段出口裂解气在两个循环水冷却器（10-E-207/10-E-257）之前分流。大部分在1#预切割脱甲烷塔再沸器（10-E-360）和丙烯致冷器（10-E-210）中被冷却至15℃，然后送至干燥器进料罐（10-V-207）。小部分在1#预切割脱甲烷塔再沸器（10-E-364）中冷却，然后在1#预切割脱甲烷塔侧沸器（10-E-361）中冷却至15℃后，送至干燥器进料罐（10-V-207）罐，烃类和水在干燥器进料罐（10-V-207）中分离，具体流程如下：

图1 裂解气压缩机四段出口冷却器工艺流程

2. 设备基本参数

裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257、10-E-207设备设计图一致，均为两管程、卧式、浮头式换热器，换热面积560㎡，规格φ1200*22*10907mm，型号AES1200-4.032-560-9/19-2I，具体运行参数见下表：

图2 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257设计图

3. 历史运行情况简述

裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257于2002年投用，2004年管束内漏整体更换，2004年-2011年未查到泄漏和更换记录，2011年大修整体更换，2013年2月管束内漏，2015年大修更换新管束，2018年8月管束再次内漏，为避免同类问题再次发生，2019年大修整体更换。2019年更换后运行至2024年大修，该换热器未出现泄漏。2025年1月23日管束内漏。新更换换热器由蓝科高新设计制造，换热器安装前对管束内表面及管板均采用了防腐涂层处理。从历史运行情况来看，裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257未实现长周期运行，2019年至2024年为最长运行周期，原因可能为管束采用防腐涂层处理后，减缓了循环水垢下腐蚀，周期有所延长。

二、换热器泄漏原因排查

换热器设计、制造情况排查

对比2019年和2002年裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257的设计图纸，新换热器结构尺寸、设计压力/温度、操作压力/温度、管束和管板材质等均与原设计一致。从2024年大修和此次检修鉴定情况来看，换热器筒体、管箱、平盖、封头、小浮头和管束均未发现制造质量问题，排除设备设计、制造原因导致的泄漏。

2024年换热器检修情况排查

2024年大修时按检修作业计划书和小时工序清单开展裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257检修工作，壳程试压压力4MPa，管程试压压力0.5MPa，试压合格，小浮头按照定力矩紧固要求执行力矩紧固，换热器试压记录和定力矩紧固质量控制卡见图4。大修期间对10-E-257换热器腐蚀鉴定，未发现明显腐蚀痕迹，腐蚀鉴定报告见图5。对10-E-257换热器电磁涡流检测，换热管束共计1120根，抽检61根，仅有1根管束腐蚀减薄，减薄量为15%T。抽检部位在防冲板（裂解气入口）对面侧，涡流检测情况见图6。检修质量符合检修规程和大修手册要求，排除检修原因导致的泄漏。

图3 2024年大修10-E-257换热器大修管束外表面情况

图4 2024年大修10-E-257换热器腐蚀鉴定报告

图5 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257大修管束涡流检测结果

图6 2024年大修10-E-257换热器试压记录和定力矩紧固质量控制卡

此次检修情况排查

（1）管束外表面检查情况

2025年3月18日裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257检修，对换热器管束抽出后检查，发现裂解气入口部位管束有少量油泥，其它部位干净；筒体、封头平整无明显腐蚀痕迹；循环水进出口侧下管板（一管程）有少量填料碎片等杂物堵塞管束，上管板（二管程）中间部位有大量粘泥附着，相应二管程管箱也有粘泥，由于换热器已泄漏3个月左右，判断此部分粘泥为泄漏后产生。清洗后的换热器管板平整，焊缝整齐，涂层较完整，无明显腐蚀缺陷。

图7 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257管束清洗前后外表面情况

图8 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257管板清洗前后外表面情况

裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257管束清洗时发现泄漏换热管是位于防冲板左下侧部位第二层的33-29#换热管，该换热管上有多个漏点，且外部有明显坑蚀。

图9 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257换热管泄漏部位及形貌

裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257管束清洗后，整体表面腐蚀轻微，在防冲板本体、防冲板上侧定矩管及附近折流板本体处有明显冲刷腐蚀的痕迹，其它部位及管束表面没发现有明显冲刷腐蚀的痕迹，判断裂解气压缩机四段出口的结焦物及裂解气内易冷凝组份冷凝后气流夹带导致防冲板和折流板冲刷腐蚀。

图8 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257防冲板上侧和附近折流板

（2）涡流检测情况

2025年3月18日，对裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257电磁涡流检测，缺陷分布见图10。从涡流检测图谱分析，换热管总数为1120根，抽检的261根换热管中，壁厚损失大于30%的有64根（其中壁厚损失在30%-40%的有39根，壁厚损失在40%-60%的有14根，壁厚损失在60%以上的有11根）。减薄部位位于裂解气入口防冲板侧，第一个至第二个折流板之间即裂解气进料口附近，主要位于第22-37排，第24-30列，且减薄换热管分布与裂解气在换热器内的流动方向相吻合，宏观检查属于外壁腐蚀。

图10 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257管束涡流检测缺陷分布

（3）内窥镜检查情况

对10-E-257换热器管束内部进行内窥镜检查，抽检的7根换热管，同一根换热管内，靠防冲板附近的局部区域防腐涂层剥落明显，集中分布在距浮动管板端第一个至第二个折流板之间，远离防冲板部位的区域防腐涂层完好。判断由于换热器已运行5年以上，防腐涂层老化，加之换热器入口处的换热管振动较其他部位更大，导致防冲板附近的换热管内涂层以贝壳状剥离或片状剥落。泄漏的33-29#换热管内部情况见图11，纵向和环向均有多个漏点，管内涂层相较其他换热管剥落更严重，判断是泄漏的裂解气进入循环水中形成湍流，冲刷管壁造成。除33-29#换热管外，抽检的其余换热管内未发现失效泄漏点，腐蚀情况轻微，33-30#、5-23#、33-2#、14-5#换热管内部情况见图12。

图11 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257泄漏换热管内窥镜检查

图12 裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257换热管内窥镜检查

换热器工艺操作情况排查

（1）换热器管程运行情况排查

2023年以来裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257循环水流速在1.03-1.10m/s，符合管程流速不小于1.0m/s要求。结合内窥镜检查结果，靠近该换热器管束防冲板侧的换热管内部局部防腐涂层剥落，换热管内壁防腐涂层剥落部位存在轻微腐蚀，因此循环水垢下腐蚀不是此次裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257管束泄漏的主要原因。

（2）换热器壳程工艺操作参数排查

排查该换热器投用后的压力及温度参数趋势，装置在2019年检修开工后，裂解气压缩机四段出口压力3.7MPa左右，趋势稳定。裂解气压缩机四段出口温度88～90℃左右，在夏季高温天气时，四段出口温度最高至92.5℃，从长趋势看，压力及温度控制整体稳定。

图13 裂解气压缩机四段出口压力和温度趋势

裂解气流量控制方面，四段出口裂解气分别经10-E-207、10-E-257换热器冷却，在裂解气进入10-E-257换热器前，设置有流量调节阀FV12206（始终全开），通过监控进入10-E-207换热器的裂解气流量，对10-E-207、10-E-257换热器的裂解气负荷进行分配调整。查看2019年以来的裂解气四段出口流量FI12011在107-110t/h左右，但是进入10-E-207换热器的流量计FI12206由于假指示（厂家设计问题，在线无法处理），无法查询历史趋势。

2025年3月20日，利用10-E-257检修切出时机，对流量计FI12206校准检查，调校后FI12206流量与四段出口流量FI12011较为接近，仅偏差2-3t/h，判断目前FI12206流量显示正常。3月21日，10-E-257换热器检修完成投用负荷恢复后，四段出口裂解气及进入10-E-207、10-E-257换热器的设计流量、实际流量及流量偏差见下表：

工艺流程分布情况排查

排查现场裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-207、10-E-257裂解气进料流程，从流程分布看出，相较10-E-207换热器，10-E-257换热器入口物料侧设置有1处三通、16*10寸变径调节阀1台、9处管线弯头，且调节阀FV12206处为低点U型状，10-E-257入口管道阻力明显大于10-E-207入口，现场实际测温10-E-207入口温度82.16℃，10-E-257入口温度79.2℃，偏差2.96℃，冬季气温低时，10-E-257壳程入口局部温度可能接近或低于露点温度，存在裂解气带液条件（裂解气压缩机四段注水量600kg/h，计算四段出口裂解气露点为75.43℃）。从上述对单向流程分析及实际测温也可进一步印证10-E-257侧裂解气热负荷小。

图14 裂解气压缩机四段出口单线图

流场模拟情况

2025年4月1日，蓝科高新针对裂解气压缩机四段2#后冷器10-E-257壳程进口换热管腐蚀问题开展流场模拟分析，根据分析结果，冲刷较严重的区域主要集中在靠近防冲板的前四列换热管，其中第一列全部换热管及第二列、第三列、第四列靠近壳体附近的换热管冲刷最为严重，局部最大速度可达15-16m/s，这与涡流检测中换热管缺陷分布主要在24-30列的情况一致。具体分析如下：

三、原因分析及整改措施

1. 直接原因

（1）裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257入口防冲板本体、防冲板上侧定矩管及附近折流板本体处均有明显冲刷腐蚀的痕迹，结合流场模拟分析，换热器运行期间，壳程入口管线内裂解气中的易冷凝组分析出，导致气液两相冲刷减薄。

2. 间接原因

（1）通过裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257的裂解气实际流量相较于同一规格型号的10-E-207换热器低29t/h（44.6%），且10-E-257入口裂解气管线长度更长，管件阀门更多，管道热损失更大，冬季环境温度低时，换热器入口温度更低。10-E-257入口温度79.2℃较10-E-207入口温度82.16℃低2.96℃，接近露点温度75.43℃，因此10-E-257入口裂解气中的易冷凝组份更易被冷凝，导致其入口裂解气带液量较10-E-207更多。

（2）裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257循环水侧，在靠近防冲板区域的换热管内部防腐涂层局部剥落，导致循环水侧存在局部轻微垢下腐蚀。

3. 管理原因

（1）裂解气压缩机四段出口裂解气分流后，在流量不同的情况下采用两台规格型号完全相同的换热器，运行部未评估到裂解气流量低和管道热损对换热器管束产生的影响，导致换热器入口管道存在裂解气中的易冷凝组份冷凝带液风险，技术分析不到位。

（2）大修换热器涡流检测策略缺少对防冲板附近管束的涡流检测，导致检测数据不具有代表性，未在2024年大修期间发现管束腐蚀减薄的问题。

（3）裂解气压缩机四段出口冷凝器10-E-257历次泄漏均未深入分析泄漏原因，也未根据换热器历史运行情况制定有针对性的预防措施，对换热器腐蚀泄漏风险认识不到位。

4. 防范措施

（1）对裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257减薄换热管预防性堵管，后期更换管束时将泄漏换热管取样分析验证。

（2）联系设计院对裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257实际需求换热能力进行核算，对裂解气压缩机四段出口管线设计保温，使之既能满足夏季高温时10-E-207和10-E-257换热器不超热负荷，又能避免冬季气温低时管道中的裂解气中易冷凝组分发生冷凝。

（3）对裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257循环水流速定期检测，确保循环水流速满足≥1.0mm/s的要求。

（4）修订《压缩装置防泄漏管控方案》，明确裂解气流量低对裂解气压缩机四段出口冷却器10-E-257运行的影响，完善涡流检验策略，检修时针对防冲板附近的管束进行重点检查和检测。

（5）开展举一反三排查，对相似工况换热器进行评估，10-E-207换热器检修时对防冲板附近管束重点检查，同时评估其他换热器历史泄漏的原因分析是否准确，防范措施是否有效。