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氨氧化炉常见问题分析及处理措施

[日期:2020-03-10] 来源:《中氮肥》2020年第1期  作者: [字体: ]

李苏军

(重庆飞华环保科技有限责任公司,重庆401221

 

      [摘  要] 重庆飞华环保科技有限责任公司270 kt/a双加压法稀硝酸装置作为BASF重庆MDI一体化项目系列生产装置之一,其生产情况较为特殊,几乎每月都要开停车1次,由此造成氨氧化炉运行中出现了各类事故。着重介绍20151月装置投产以来氨氧化炉运行中出现的各类事故——过热盘管出口与出口集箱焊缝频繁出现裂纹、氧化炉温度探头环形切断、氧化炉催化剂筐严重弯曲变形、氧化炉引压短管出现腐蚀,分析与探究出现上述事故的原因,并阐述所采取的应对措施。

[关键词]  氨氧化炉;焊缝裂纹;温度探头切断;催化剂筐变形;引压短管腐蚀;问题描述;原因分析;解决方案

[中图分类号]  TQ111.26+2[文献标志码]  B[文章编号]  1004-9932202001-0017-03

 

1   

重庆飞华环保科技有限责任公司(简称飞华环保公司)270 kt/a双加压法稀硝酸装置是BASF重庆MDI一体化项目系列生产装置之一,于2015117日投产,采用西班牙TR公司开发的双加压法硝酸工艺,即中压氧化(氧化压力0.45 MPa)、高压吸收(吸收压力1.1 MPa)。其关键设备——氨氧化炉(简称氧化炉),承担着氨的催化氧化任务,氧化炉是1台集氧化反应、热能回收于一体的设备,主要包括上封头、分布器、炉体、换热盘管及反应所需的铂网和填料层等,其结构紧凑,材质要求极高。

来自氨/空气过滤器(530-F-0103)的氨/空气混合物压力约350 kPa、温度约215 ℃,氨空混合气直接流入氧化炉(530-R-0101),经铂-铑催化网的催化氧化,氨在850870 ℃条件下氧化生成NO;生成的NO气体经过热盘管、水冷盘管冷却至约356 ℃后送后工段,逐步生成NO2,进而在吸收塔中被吸收,产出稀硝酸。

20151月装置投产以来,氧化炉运行中出现了各类事故,如过热盘管出口与出口集箱焊缝频繁出现裂纹、氧化炉温度探头环形切断、氧化炉催化剂筐严重弯曲变形、氧化炉引压短管出现腐蚀等,以下对有关情况作一介绍。

2  出现问题的原因分析与解决方案

2.1  过热盘管出口与出口集箱焊缝频现裂纹

2.1.1  问题描述

由于飞华环保公司生产的特殊性(受外界因素的影响),几乎每月都要开停车1次,2016313日首次出现氧化炉过热盘管出口与出口集箱焊缝处泄漏,至20182月对氧化炉过热段出口集箱处的过热外接管全部进行了更换,期间共计开停车23次。而自2016313日氧化炉过热盘管出口与出口集箱焊缝出现开裂泄漏以后,几乎每2次开车就会出现1次泄漏,且几乎都是在氧化炉点火前后不到30 min的时间内。20182月硝酸装置中修期间,对氧化炉过热盘管出口与出口集箱之间十几根短管进行了整体更换,并对其焊接质量、焊后热处理严格把关。其后经历了2018315日至2018114日装置的多次开车,未再发生泄漏。

2.1.2  原因分析

2.1.2.1  过热盘管出口管线焊接方面的问题

焊缝裂纹多出现在焊缝热影响区,方向为沿焊缝方向,焊缝长度约2 cm。氧化炉过热盘管出口管线规格为φ42.4 mm×4.05 mm,材质为12Cr1MoVG,含有微量CrMo等,这些微量元素的加入使钢材的抗氧化性及耐热性增强,但也使钢材的脆硬性及焊接性变差,若焊接过程中操作不当,如焊前、焊后热处理不当,焊接线能量控制差,将导致出现混晶组织,致使塑性结构差。

2.1.2.2  工艺及操作方面的原因

1)氧化炉过热段蒸汽带液严重。蒸汽带液主要源于两方面:① 氧化炉点火过程中和点火完成后,510 min内蒸汽放空管线压力(PV016)控制不好,汽包带液进入氧化炉过热段;② 汽包自产蒸汽管线接至汽包顶部,经过1个下弯管线进入氧化炉过热段,此下弯管线至氧化炉过热段有1个单向阀,氧化炉点火之前由于单向阀阀后压力高于阀前,在汽包升温升压过程中,此单向阀前势必积存大量液体,当氧化炉点火成功,汽包压力急剧上涨并推开单向阀后,大量液体进入氧化炉过热段。

2)开车蒸汽不足。稀硝酸装置开车过程中,按照设计需要约15 t/h的饱和中压蒸汽,用于氧化炉过热段降温,减少热应力,以保护氧化炉过热盘管;但实际生产中由于燃气快锅供汽不足,供汽量只有79 t/h,甚至更少,因而无法很好地保护氧化炉过热盘管。

3)氧化炉点火前,汽包升温升压不到位或升温升压过快。汽包正常生产中主要是用于储存锅炉水,向氧化炉输送中压饱和蒸汽,用以冷却氧化炉过热盘管,并生成中压过热蒸汽,这对于保护过热蒸汽管线极为重要,尤其是在氧化炉点火成功、氧化炉内温度急剧上升的过程中,汽包需及时提供生成的饱和蒸汽,以防过热蒸汽盘管超温或干烧。因此,氧化炉点火前,汽包升温升压应到位,以便在氧化炉点火后能及时提供足量的中压饱和蒸汽。但是,由于生产人员认识不足,很多时候未能良好地控制氧化炉炉管的升温速率,在氧化炉点火后,未能将汽包升温升压到位,不能及时提供控温降温的饱和蒸汽,致使氧化炉内温度急剧上升。

2.1.3  解决方案

1)严格遵守操作规程,保证氧化炉点火前汽包升温升压到位;平稳操作,减少开车过程中汽包带液现象。

2)对氧化炉过热段出口集箱处的过热外接管全部予以更换,并确保焊接质量。

3)在汽包顶部至氧化炉之中压饱和蒸汽管线上的单向阀前增设1个疏水器,以及时排放此管段内的积液。

2.2  氧化炉温度探头环形切断

2.2.1  问题描述

20168月,装置运行期间,氧化炉测量铂网运行的温度计(TT301006B)突然出现红底现象,由于采用的是三选二联锁,未造成系统停车,后取出TT301006B发现,距温度探头顶端约3 cm处被环状切断;与此同时,仪表人员拆检TT301006ATT301006C,发现这2个温度计同样位置也不同程度地出现环形磨损现象。

2.2.2  原因分析

温度计(TT301006A/B/C)管段较长(如图1),其法兰到顶部的长度为1 237 mm,外侧配有套管和清灰用的吹扫气体,吹扫气体压力在0.91.1 MPa。正常生产中,由于长管式温度计在套管内无固定,加之高压吹扫气体和工艺气流的作用,使得温度计顶部不断摆动,并不断被套管环状切割。

2.2.3  解决方案

1)降低吹灰气的流量。

2)对温度计(TT301006A/B/C)及其套管进行加固。

2.3  氧化炉催化剂筐严重弯曲变形

催化剂筐是氧化炉的核心部件之一,其焊接结构中有特殊抓斗式孔板、支撑环、金属丝网支撑段、支撑板、螺钉和垫圈,用来支撑铂网和装载拉西环,形成催化反应床层;其平面形状为蜂窝状,运行过程中温度接近900 ℃。

2.3.1  问题描述

2017320057系统氢气点火开车,2017320207分析人员报工艺气分离器(S102)内NH4+含量高达82.02 mg/L(见表1),现场检查发现氧化炉内铂网周边出现不同程度的垮边,尤其是靠近四合一机组侧已明显塌陷成坑,为确保相关装置不因原料供给问题而停车,硝酸装置强制运行至当天2106S102NH4+含量达294.58 mg/L(表12035为取样时间,2106为报样和停车时间,两者之间存在时间差)且呈较快上升势头,装置被迫停车。

201737日,对氧化炉进行揭盖检查,发现氧化炉内铂网基本脱边,靠近四合一机组侧的铂网已脱边下沉170 mm;进一步检查发现,氧化炉内催化剂筐严重弯曲变形。

2.3.2  原因分析

更多内容详见《中氮肥》2020年第1

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