摘要:合成氨系统是目前工业应用最广泛的合成氨系统之一。然而,国内外现有装置的运行统计数据表明,国内整体运行水平比国际水平落后,尤其是装置的运转率偏低成为制约生产经济效益的关键因素。因此,研究合成氨装置的运行可靠性,延长运行周期,是目前合成氨企业迫切需要解决的重大工程问题。
关键词:合成氨系统净化设备;管线故障判断处理
一、管线故障处理的基本原则
净化系统设备故障和管线故障的分析设备管线故障存在各种各种情况,如泄漏、内漏、内部结构损坏等,针对泄漏的处理原则为:一般现场设备如换热器法兰、管道连接法兰等,若发生小的泄漏,首先要对工艺运行状况进行考虑,如工艺没有变化,可采取重新紧固等方法,而一旦发现是温度或其他工艺变化,则应现将工艺调节至正常状态,再看现场反应,比如水冷器的主线开度大引起温度突然下降导致法兰泄漏,就不要盲目去采取打紧的方法,这样往往造成温度恢复正常后有更大的泄漏,同样的道理,在停车或开车过程中的法兰泄漏也要等到工艺稳定再做处理。切忌在处理法兰泄漏中小活干成大活,大活干成停车。而针对设备内漏、内部结构损坏等情况,一般则要通过工艺指标的分析情况来确定,及时进行处理。
二、管线故障判断与处理
1.当系统停车,煤气总管温度降低后易形成负压状态合成氨系统短期停车检修时,为避免各工序之间的相互影响,气柜进、出口水封加水封住,煤气发生炉各炉洗气箱煤气出口阀关闭,即煤气发生炉出口至气柜进口间的煤气总管被隔离开。在正常运行时,经洗涤塔洗涤后,出口煤气温度在40 ～ 45 ℃(根据季节气温变化而有差异);系统停车后,煤气管道温度将逐渐降低至室温(20 ℃左右),所以煤气管道内气体压力下降。因气柜及煤气管道内压力较低,所以煤气管道内的低压气体更近似于理想气体,且管道体积未变,属于等容过程。。形成负压后,经煤气总管水封阀门填料、导淋、取样点及煤气发生炉洗气箱出口阀填料(因煤气出口阀开关时容易发生填料松动而产生泄漏,当存在负压时,最容易从此处吸入空气)吸入空气,则煤气总管内的含氧量最高可达1． 867%。即因温度降低及部分水蒸气冷凝,体积收缩形成负压吸入空气后,可使煤气发生炉至气柜间煤气总管的氧含量升高至1． 867%。若开车时送入气柜,将使气柜出口氧含量升高0． 280%,则气柜出口气体中氧含量将达0． 680%。水中溶解氧量的大小与温度的关系较大,即温度升高,水中溶解氧量下降。除此之外,水中氧含量还与所接触的气体中氧的分压有关,即解吸除氧。因此,停车后未停循环水系统是导致半水煤气中氧含量升高的主要原因之一。若不及时处理或不进行放空置换,停车后循环水系统长时间运行,当洗涤塔出口水中氧含量与进水中氧含量相等时,氧的吸收和解吸达到平衡。合成氨系统停车后,必须停运循环水系统,并保持洗涤塔出口水封有足够高度,确保水封不冲破或关闭水封出口阀门。从气柜进口管处增设1 根Ф 108 mm 副线管至煤气总管,停车后利用气柜中的煤气及自身重力,保持煤气总管处于正压状态。改变停车时清理洗气箱的习惯,待正常开车后再轮流清理各炉,清理后进行短时置换。针对中氮流程无下行煤气放空的缺点,在下行煤气管道上增设蒸汽吹净,将下吹管内填充的空气赶入发生炉系统与碳进行气化反应。
2.气相变液相的管线故障,在净化管线中存在相变主要是气相变液相的管线,该类管线使用工况较为恶劣,一般较易发生故障,以变换系统中中变给水预热器管线主线至副线交接的该段管线和低变水冷器出口到一次入口处管线为例,前者是因为水冷器的冷却使煤气中蒸汽冷凝为水(露点以下),而在交接处又和副线汇合使温度上升,气化为蒸汽,加之CO2 存在,使之具有一定酸性,这样形成的水滴像雨点一样向换热器封头、管线弯头处,使之承受不断冲击,进而破损导致故障;而后者也是由于蒸汽冷凝,加之温度又高、CO2 存在,在更换的C 塔入口阀发现冲刷严重,而且也发生多次一次入口管线泄漏等故障。针对此类问题的解决进行了一系列的摸索,先在设备检修中平均两年更换一对封头,再在封头处采取内衬材质为15CrMo 的不锈钢板]等,采取上述措施后,通过在线监测显示该段管线厚度由9.0mm 减薄为4.5mm(弯头),而水滴直击面也整体减薄,效果不是很理想,最终采取停车更换为0Cr18Ni9Ti 的不锈钢三通,并更换管道而最终解决了该问题,避免管线泄漏的发生,同时此类情况要加强管线检测,提前防御。工艺管线使用久,部分管线存在安全隐患,近年借系统技、扩改之机,按照扩大管径,改变材质,提高压力等级的原则,有计划地对工艺管线进行更换,使之适应生产负荷增加的需要。在工艺管线的管理中关注管线输送介质的化学组成、流动状态、流动速度及存在的相变问题,使管线运行状态处于可控之中。
3.超临界流速管线故障。发现拆下的管线管壁变薄、变脆,敲击管道失去沉闷声,而呈现一种不连续的清脆声,而个别部分甚至用大锤可击碎,究其原因是由于长时间超临界流速和氢脆现象共同作用的结果。针对该问题,只有做到对现场的管线使用工况、使用年代、管线走向了如指掌,及时进行有针对性检测或更换,才能避免该类管道故障的出现与发生。近几年,随着生产负荷的逐年加大,净化系统部分管线流速已超工艺规程数倍,现场表现为可以听到气流的流动甚至截流声,例如甲烷化入口一直是Φ150 的管线,而入口流量由原来的超过了流量计的最高值20000 Nm3•h-1,且场阀门稍有不当即发生截流声。针对该问题,除了努力减少系统阻力外,更换管线加大直径是降低流速、减小阻力的唯一方法。综上所述,在净化系统工艺管线故障中,一般采用更换管线,坚持扩大管径,在管径因位置无法增大时适当提高压力等级,使之适应生产负荷增加的需要等措施;同时在工艺管线的管理中要明确管线中煤气的成份、流动状态、流速以及可能存在的相变倾向,只有对管线的状况了如指掌,方可做到防患于未然。
4.一次脱碳塔入口法兰泄漏,脱碳系统一次脱碳塔入口法兰会因腐蚀而发生泄漏,对于该问题一般采取露点处理。法兰腐蚀泄露主要是由于低变水冷器长时间使用,加之循环水质变差,使水冷器结垢堵塞,冷却效果大大降低,使一次塔入口温度高达124℃,温度较高的低变气带入大量水汽使系统的补水增加,系统溶液整体温度偏高,腐蚀加大。而在一次塔入口法兰处由于温度降低使水汽凝为水滴随气体冲刷法兰壁,同时也破坏了此处的钒化膜,而负荷波动时溶液的回流也进一步加强了此处腐蚀,进而造成了法兰泄漏。根据上述原因,采取清洗水冷器、将一次塔入口低变气由124℃将为80℃冷凝水补入,使工艺运行更趋合理,降低了法兰腐蚀的几率,减少了泄漏。总体来说,从工艺运行的角度考虑设备维护,可以达到四两拨千斤的作用。对于设备故障的静心思考,找出问题的原因,在工艺运行中尽量避免不利因素的出现,优化工艺同时在设备上做一些预防措施,从而可确保系统平稳运行。
本文探讨了净化系统故障的产生原因、解决方案等,具体从工艺角度考虑设备管线的故障,从设备故障处理中有针对性的对工艺变化做出预防措施来确保生产系统稳定运行,并通过各故障实例的分析实践,最终总结出了对于净化系统设备管线故障处理的基本原则,对生产实践非常有利。
参考文献:
[1]阎凤文.设备故障和人误数据分析评价方法[M].北京:原子能出版社,2017.
[2]刘相臣,张秉淑.化工装备事故分析与预防[M].北京:化学工业出版社,2017.