转化气废热锅炉列管的爆管处理_诸兵.pdf

Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry2023 年 4 月第 46 卷第 2 期Apr.2023Vol.46 No.21概述海洋石油富岛有限公司化肥二部合成氨装置采用凯洛格布朗工艺，设计年产 45 万吨合成氨。其中转化出口废热锅炉利用转化系统出口工艺气热能加热高压汽包饱和水产生高压蒸汽。随着装置的长期运行，转化出口废热锅炉于 2021 年 11 月发生爆管事件。转化出口废热锅炉爆管后高压汽包饱和水进入工艺气系统，高压蒸汽产量降低，高温变换炉入口转化气废热锅炉列管的爆管处理诸兵，李明，王刚，钟家旺，黄国祥（海洋石油富岛有限公司，海南东方 572600）摘要：介绍合成氨装置高压蒸汽系统转化气废热锅炉的爆管原因、爆管时工艺参数的变化情况；探讨爆管后装置安全停运过程中为保护设备所采取的工艺控制措施，以及消除转化气废热锅炉列管漏点、恢复生产时的工艺控制过程。关键词：转化气废热锅炉爆管工艺控制收稿日期：2022-09-27；收到修改稿日期：2023-02-06。作者简介：诸兵，男，1976 年 12 月出生，技校学历，高级技师，1996 年毕业于四川川化技工学校化工仪表专业，现为海洋石油富岛有限公司化肥二部合成氨装置技术监督。联系电话：[phone]；E-mail：。温度急剧降低，脱碳系统热量超过接受能力，二氧化碳再沸器溶液温度急速升高，导致脱碳溶液再生系统拦液，装置紧急停运处理。紧急停运过程中，为避免饱和水进入二段转化炉、高温变换炉造成设备泡水损坏催化剂，进行了充分地烘炉，避免了耐火材料损坏和催化剂粉化，确保了装置安全运行至计划检修。转化系统工艺流程见图 1，废热锅炉性能参数见表 1。图 1转化系统工艺流程表 1废热锅炉性能参数项目壳程管程介质工艺气锅炉水程数11试验压力（表压）MPa5.7217.485设计压力（表压）MPa4.413.45操作压力（表压）MPa3.94412.51设计温度 892454操作温度 进口 891.8，出口 630328换热管数量 根5312爆管原因及处理2.1爆管原因及泄漏判断2.1.1爆管原因1）原始设计缺陷：根据与 KBR 相关技术人员的交流，同类型装置的高压废热锅炉中，在设备的同一1022023 年第 46 卷位置（分布器与列管接触点）有过列管的损伤缺陷案例。根据列管的缺陷形状及位置，判断列管与分布器接触处长期存在摩擦，造成局部损伤，最终穿孔。2）制造缺陷：设备在制造过程中列管可能出现外壁磕碰等埋藏性缺陷。3）材质劣化：废热锅炉投用以来已运行 18 a，在长期高温下运行，设备在运行后期，材料逐渐老化，导致列管强度逐渐降低，最终造成穿孔。2.1.2泄漏判断2021 年 11 月 28 日 14:54:51，合成装置工艺系统突然变化：高压汽包锅炉给水流量增大（240 t h 涨至 268 t h）、压力降低（12.16 MPa 降至 8.66 MPa）；转化出口废热锅炉出口工艺气温度降低（主线572 降至 350、旁路 348 降至 316）；高温变换炉压差上涨（40 kPa 涨至 49 kPa），入口温度降低（354 降至 340）；脱碳系统再生塔再沸器入口工艺气温度升高（166 涨至 186）；吸收塔入口分离器工艺冷凝液流量增大（63 t h 涨至 92 t h）。工艺参数变化表明，高压蒸汽系统出现故障。立即对转化出口废热锅炉、高压蒸汽过热器、高变出口废热锅炉进行泄漏确认。由转化出口废热锅炉进口温度稳定、出口温度降低，判断故障发生在转化出口废热锅炉；根据锅炉给水流量及工艺冷凝液流量增大判断为转化出口废热锅炉列管破裂所致，决定紧急停车处理。2.2停车处理各岗位按操作规程进行装置紧急停车处理、催化剂蒸汽钝化降温、氮气循环降温，二段转化催化剂温度小于 40 后交出检修。针对转化出口废热锅炉爆管，为了降低锅炉水对催化剂、耐火材料的损坏程度，需特别关注以下方面：2.2.1防止耐火材料和催化剂泡水措施1）在汽包有可见液位之前，保持进入一段转化炉的中压蒸汽不中断，避免泄漏的锅炉水逆流进入二段转化炉造成耐火材料泡水。2）根据汽包压力，控制高温变换炉的压力低于汽包压力，控制高温变换入口温度高于汽包蒸汽出口温度，避免锅炉水在高温变换炉冷凝液化造成催化剂泡水，降低催化剂强度1。3）打开高压蒸汽过热器、转化出口废热锅炉检漏口导淋排放工艺气侧冷凝水。2.2.2高温变换催化剂活性保护为保护高温变换催化剂的活性，应尽量减少锅炉水泄漏进入高温变换炉的水量，一是避免锅炉水携带的盐类物质或水渣在高温变换催化剂床层中大量沉积、凝聚形成结块，造成投运后工艺气偏流和高温变换炉压差升高；二是避免锅炉水携带的盐类物质或水渣包裹催化剂颗粒表面或堵塞催化剂孔隙，使内扩散阻力增加导致活性快速下降1-2。需采取以下措施：1）降低锅炉给水温度，加大汽包炉水排放量，确保锅炉水系统降温速率。2）当高压蒸汽管网降压到略高于中压蒸汽管网时，打开高压蒸汽放空阀，关闭高压蒸汽与中压蒸汽的连通阀，确保高压蒸汽系统降压速率。3）根据中压蒸汽富裕量，保持进入一段转化炉的中压蒸汽流量充足，确保一、二段转化炉的降温速率。2.2.3避免转化出口废热锅炉、高压蒸汽过热器干烧超温当转化出口废热锅炉工艺侧入口温度不大于高温变换炉入口设计温度时，汽包停止上水，使汽包液位低联锁动作，全开转化出口废热锅炉低点排放阀排尽汽包炉水，当汽包液位指示消失后关闭一、二段转化炉的中压蒸汽。随后采取逆流程方向进行氮气充压置换，氮气依次流经高温变换炉、高压蒸汽过热器、转化出口废热锅炉、二段转化炉、一段转化炉。2.3设备交出检修2.3.1设备隔离置换交出高温变换炉、高压蒸汽过热器、转化出口废热锅炉、二段转化炉、一段转化炉经氮气循环降温小于40，处于微正压保护状态，盲板隔离高温变换炉顶部入口管线、一段转化炉原料天然气和蒸汽管线、二段转化炉空气喷嘴保护蒸汽管线。盲板隔离完成后，一、二段转化炉氮气泄至常压。从高温变换炉入口导淋处接临时空气管线，对一、二段转化炉进行空气置换。一段转化炉底部导淋取样，分析氧气含量达到 19.5%21%时为合格。一、二段转化炉空气置换氮气合格后，设备交出检修。2.3.2废热锅炉列管漏点处理工艺气系统隔离后，进行漏点检查。首先拆卸转化出口废热锅炉上下封头，工艺气侧充 0.5 MPa 空气进行气密试验，发现工艺气方向最外层 1 根列管有环向穿孔缺陷，距下管板约 1 m，通过与设计图进行比对，确认泄漏点在列管与气体分布器接触的位103第 2 期诸兵等.转化气废热锅炉列管的爆管处理置。对发现的环向穿孔列管堵管处理后，对废热锅炉下封头用专用工具进行封堵。然后将工艺气侧充0.5 MPa 空气，将水侧灌脱盐水至上管板，进行试漏检查，未发现其他漏点。泄漏点的处理措施如下：1）因抢修不具备抽芯条件，对已产生穿孔缺陷的列管进行堵管处理。2）IRIS 检测：因时间因素只抽检 17 根，主要集中在爆管周围，管子最小厚度 2.95 mm（设计壁厚3.8 mm），所检测的列管有均匀内壁腐蚀减薄，未发现可计性缺陷。3）涡流探头检查发现列管内部结垢严重，尤其在下管板往上 3 m 内，由于附于内表面的结晶物附着致密牢固，通过 2 次高压机械水射流清洗才将结晶物清理干净。2.4恢复生产（废热锅炉烘炉）转化出口废热锅炉列管破裂检修后开车，需在氮气循环升温阶段根据耐火材料特性控制升温速率，用以除去废热锅炉列管爆管停运过程中进入耐火材料的物理水和高温变换催化剂中的少量物理水，避免升温时引起耐火材料、高温变换催化剂的破碎或粉化，为废热锅炉、高温变换催化剂的使用创造良好的条件。1）用一段转化炉出口温度控制废热锅炉入口温升速率不大于 25 h，升温至 100。2）当废热锅炉入口温度达到 100 时，以不大于 10 h 的速率升温至 200。3）当废热锅炉入口温度达到 200 时，以不大于 25 h 的速率升温至 400，在 400 恒温运行 5 h。4）废热锅炉入口升温期间，控制高温变换催化剂床层温度小于 170，除去催化剂吸附的物理水。5）在废热锅炉入口恒温期间，控制高温变换炉床层温度在 200220。6）当废热锅炉入口恒温结束后，烘炉结束，系统转至蒸汽升温，按操作规程进行正常开车操作。2.5遗留问题1）废热锅炉列管破裂检修时，IRIS 抽检发现列管有均匀内壁腐蚀减薄，计划在下一阶段检修时全面检测列管减薄情况，评估运行可靠性，为设备更新提供依据。2）因废热锅炉列管破裂抢修时不具备抽芯检查条件，因此，计划在下一阶段检修时抽芯检查废热锅炉的气体分布器、拉杆、管束及支撑板、管板、防冲板、设备附件等，对缺陷进行处理；对列管材质取样分析其劣化情况。3）废热锅炉列管破裂抢修恢复生产后，高温变换催化剂床层压差正常，但催化剂活性下降较快，变换率降低约 10%（由 70.6%降至 60.3%），原因可能是：锅炉水携带的盐类物质或水渣包裹催化剂颗粒表面或堵塞催化剂孔隙，使内扩散阻力增加导致活性快速下降1；因锅炉水系统用磷酸三钠作为防腐剂，锅炉水磷酸根控制在（28）10-6，部分催化剂发生磷中毒2。回顾停车处理过程，产生该情况是因为停车降温过程中，锅炉水从废热锅炉爆管处进入高温变换炉的时间较长。为避免催化剂因废热锅炉爆管使高温变换催化剂活性快速降低，在发生爆管时，采取措施缩短锅炉水进入工艺系统的流量，一旦发生爆管果断停车处理。为保证高温变换炉出口工艺气 CO 含量合格，提高了入口温度和汽气比控制；2022 年 4 月检修时更换高温变换催化剂。3结束语合成氨装置转化出口废热锅炉是利用工艺气余热生产高压蒸汽的主要设备，若出现故障，直接影响整个系统的稳定运行，减少高压蒸汽系统产汽量；二段转化炉及废热锅炉耐火砖泡水后发生物理水升高，如果开车过程中升温速率超过耐火砖除水速率，耐火砖将产生裂纹甚至破碎，导致设备外壁超温，缩短设备使用寿命；高温变换催化剂产生泡水而发生催化剂破碎粉化，高温变换炉床层压差升高；使装置的能耗增加、经济效益下降，严重时直接导致整个合成氨装置停工停产。参考文献1向德辉，刘慧云.化肥催化剂实用手册 M.北京：化学工业出版社，1992：167-172.2宋业林.锅炉水处理实用手册 M.第 2 版.北京：中国石化出版社，2012：283.TUBE RUPTURE TREATMENT OF CONVERTERGAS WASTE HEAT BOILER（下转第 113 页）113第 2 期桑贤伟.氮气压缩机轴瓦振动上涨原因分析及处理术，2011，53（4）：69-71.3苏军生.化工机械维修 M.北京：化学工业出版社，2010：118.4杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用 M.北京：中国电力出版社，2008：68-74.5姜培正.过程流体机械 M.北京：化学工业出版社，2011：114-120.6王书敏，何可禹.离心式压缩机技术问答 M.北京：中国石化出版社，2005：32.7赵国利，齐俊梅，任涛.状态检测技术在 BCL506 离心压缩机故障诊断上的应用 J.风机技术，2011，53（4）：80-82.8成大先.机械设计手册 M.第 5 版.北京：化学工业出版社，2014：119-122.ANALYSIS ON LARGE VIBRATION OF BEARINGBUSH OF NITROGEN COMPRESSOR Sang Xianwei（Hulun Buir Jinxin Chemical Co.，Ltd.，Hulun Buir 021506）Abstract：Large vibration on nitrogen compressor bearing bush in LNG plant was investigated.It s found that during shutting down the compressor，the venting line was too thin to vent in time，causing the unsteady air flow disturbance on compressor rotor and the damage bearing bush.Corresponding measures were taken to solve the vibration thoroughly and to assure the steady operation of the compressor.Key words：nitrogen compressor；bearing bush vibration；vent；airflow disturbance 总之，油管线泄漏给安全生产带来极大不利，在日常工作中必须合理的设计、认真巡检、及时排除隐患是消除汽轮机油系统泄漏事故的重要举措。参考文献1国家能源局.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求 M.北京：中国电力出版社，2014：13.2DL T 51822021.火力发电厂仪表与控制就地设备安装、管路、电缆设计规程 S.ANALYSIS AND TREATMENT OF PIPE LEAKAGE IN OIL SYSTEM IN STEAM TURBINELiu Jian（SINOPEC Assets Management and Administration Co.，Ltd.Yichang Branch，Zhijiang 443200）Abstract：The oil system is one of the most important parts in steam turbine.Its responsible to supply oil for pressure control and supply the qualified lubricant to the generator reliably.Failure of the system will threaten the safety of the equipment.Taking an oil leakage accident that caused a fire and an unpredicted shutdown，we analyzed the reasons for our peers to take a lesson from it.Key words：steam turbine；oil system；leakage；fire accident；shutdown accident；preventive measures（上接第 103 页）（上接第 109 页）Zhu Bing，Li Ming，Wang Gang，Zhong Jiawang，Huang Guoxiang（CNOOC Fudao Co.，Ltd.，Dongfang 572600）Abstract：This paper introduced the tube rupture accident of converter gas waste heat boiler in high pressure steam system in a synthetic ammonia plant，described the change of process parameters at the time of tube rupture，discussed the process control measures for protecting the equipment after the shutdown caused by tube rupture，and how to eliminate the leakage point and restore the production.Key words：converter gas；waste heat boiler；tube rupture；process control