醋酸合成閃蒸管線改造研究與應用

閆魯忠

(兗礦國泰化工有限公司，山東滕州 227527)

兗礦國泰化工有限公司一期醋酸裝置，是國內第一套自主知識產(chǎn)權的高新技術企業(yè)。2008年國泰公司醋酸一期系統(tǒng)擴產(chǎn)改造后，合成蒸發(fā)器設備本體入口外伸管與隨蒸發(fā)器設備本體制造的入口錐體密封墊片出現(xiàn)頻繁泄漏故障。針對墊片泄漏的情況從管道結構形式、震動加固、墊片形式及材質等多個方面進行改進及探索研究，解決了設備相連管道不能完全適應使用工況的缺陷，改造實施后一次開車成功并達到長周期運行目標，在創(chuàng)造了經(jīng)濟效益的同時，為惡劣工況下閃蒸管線的的設計及加固提供了依據(jù)。

1 概述

1.1 相關技術資料

醋酸生產(chǎn)技術是兗礦集團擁有的國內自主知識產(chǎn)權的核心技術。兗礦國泰化工有限公司醋酸工業(yè)化裝置的建成與示范在我國尚屬首例。蒸發(fā)器閃蒸管線主要技術參數(shù)如表1所示。

1.2 閃蒸管線原設計結構示意及受力分析圖

閃蒸管線原設計結構示意及受力分析見圖1。

表1 閃蒸管線主要技術參數(shù)表

圖1 閃蒸管線原設計結構示意及受力分析圖

2 故障情況

合成系統(tǒng)是醋酸系統(tǒng)的核心部位，閃蒸管線是合成系統(tǒng)運行流程中的關鍵環(huán)節(jié)，該管線在實現(xiàn)閃蒸效果的同時且與醋酸生產(chǎn)核心設備無隔離連接，如果該閃蒸管線出現(xiàn)異?；蛘吖收希瑢⒅苯訉е麓姿嵘a(chǎn)系統(tǒng)長時間停車。

該管線自2005年6月投入運行后，運行初期使用狀況良好。該管線曾于2008年因擴產(chǎn)震動加大導致泄漏更換后，至2009年10月期間，因計劃檢修及管線泄漏故障，對該管線與設備連接墊片共進行9次更換，對醋酸產(chǎn)量和經(jīng)濟效益造成巨大影響。

3 故障原因分析

介質流體運行狀況的改變及管道內氣液混合量的變化，導致閃蒸管線介質內流速及閃蒸量變化，原管道不能滿足現(xiàn)有工況運行及閃蒸要求;原管道設計為工作介質經(jīng)調節(jié)閥減壓后，壓力迅速降低，流速迅速增加后的工藝介質經(jīng)與調節(jié)閥前管徑相同的約1 400 mm直管段、90°彎頭、控制閥門及約1 700 mm的變徑錐體后進入蒸發(fā)器設備，在變徑錐體及設備內進行能量釋放，滿足工藝系統(tǒng)的閃蒸效果需求;由于系統(tǒng)改造后，介質流體狀況及管道內氣液混合量發(fā)生了較大的變化，且原管道設計調節(jié)閥前后管道直徑尺寸一致，工作介質經(jīng)調節(jié)閥減壓后，膨脹的工藝介質動能迅速增加，對調節(jié)閥后管道及90°彎頭、控制閥門產(chǎn)生較大沖擊力，工藝介質沖擊力導致的管道應力變化必須尋找薄弱點進行應力的釋放，故而導致管道與設備相連的墊片頻繁泄漏。

由于設備本體接管與變徑管道的壁厚不同，設備本體法蘭翻邊內徑與入口變徑管法蘭翻邊內徑相差12 mm，液流經(jīng)過連接法蘭密封面的臺階時，存在產(chǎn)生漩渦汽蝕的可能性;原管道減震及加固支撐不能有效的減少管道的各方向振動及管道應力釋放;長期的管道振動對法蘭及螺栓預緊力的影響及管道、框架振動的影響;通過利用專業(yè)受力分析軟件進行系統(tǒng)、全面的進行受力分析及模擬測試，驗證了故障原因分析的正確性。

閃蒸管線各點受力分析模擬圖詳見圖2，受力分析情況詳見表2。

圖2 閃蒸管線各點受力分析模擬圖

表2 閃蒸管線各點受力分析情況表

針對上述問題，對醋酸合成閃蒸管線進行改造攻關，以掌握適應我公司運行工況的管道設計和加固技術，為我國自主知識產(chǎn)權的煤化工醋酸系統(tǒng)發(fā)展提供技術支撐。

4 改造方案及實施要求

改造的基本技術路線是對閃蒸管線的結構形式以及加固形式進行充分分析，找出原有結構布局在惡劣工況下的受力缺陷并加以論證，在此基礎上對閃蒸管線結構和加固減震進行研究開發(fā)、整體改造。在確定改造基本思路及方案后，通過聯(lián)系設備制造單位、管道振動加固單位進行專項的流體狀態(tài)、閃蒸狀態(tài)分析及工作狀態(tài)校核，確定了適應目前工況閃蒸效果的管道布局及加固減震方式。

4.1 改變管線結構形狀，降解閃蒸壓力能量釋放

根據(jù)原閃蒸管線的設計情況及擴產(chǎn)改造后工況的分析，經(jīng)過系統(tǒng)的受力分析及全面的工況核算，首先確定了閃蒸方式的改變，將原設計的一次閃蒸改為調節(jié)閥后管道內及管道至蒸發(fā)器設備內分別進行的二次閃蒸方式，降解閃蒸壓力的能量釋放，從而通過改變管線的結構形狀，可適應使用工況下更高流量及閃蒸量。

4.2 對管道進行合理的減震及加固

原管道加固形式為閃蒸管線全程設有兩個管道軸向滑移支撐，在蒸發(fā)器同心異徑管前設計一個彈簧支撐以消除沖擊振動，無法有效實現(xiàn)管道減震及固定。

通過對原閃蒸管線尺寸的測量及核算驗證，對調節(jié)閥前管道支架進行水平方向兩處減震支撐，在垂直方向雙邊兩處進行減震支撐，并在水平方向支撐的部位進行垂直方向單邊減震支撐，同時，在新改造一次閃蒸管道彎頭處安裝45°斜支架一處，通過對管道進行合理的減震及加固，降低閃蒸系統(tǒng)振動影響。

4.3 更換設備本體短頸翻邊，消除產(chǎn)生漩渦汽蝕的可能性

通過更換設備本體26″短頸翻邊管接頭，并保障設備本體翻邊與入口錐體翻邊密封面尺寸一致，消除液流經(jīng)過連接法蘭密封面的臺階時存在產(chǎn)生漩渦汽蝕的可能性。

4.4 消除影響管道泄漏的其它原因

4.4.1 閃蒸系統(tǒng)自身產(chǎn)生的振動與其他運轉設備產(chǎn)生框架共振

實施方法:框架振動進行加固，改變閃蒸系統(tǒng)運行與周圍振源產(chǎn)生共振的振動頻率。

4.4.2 通過設備點檢加強監(jiān)控、優(yōu)化工藝操作規(guī)程

實施方法:嚴格執(zhí)行設備定時、定點點檢監(jiān)控及崗位巡檢制度，控制好調節(jié)閥門開度，及時掌握閃蒸系統(tǒng)運行情況。

綜上所述，通過對閃蒸管線結構研究、受力模擬核算后并改造，來實現(xiàn)合成系統(tǒng)穩(wěn)定、長周期運行目標的同時，加強溝通與交流，強化操作水平，從而保障閃蒸管線正常使用狀態(tài)，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供強有力的保障。

圖3 閃蒸管線改造后各點受力分析模擬圖

5 改造效果

經(jīng)過反復的探討、優(yōu)化改造實施方案，通過對改造管線進行反復的計算論證，利用系統(tǒng)短停檢修機會實施管道改造施工。滿足工況需求且長周期運行達1年以上，減少了停車次數(shù)及維修工作量和物質的消耗。按照每年將減少非計劃停車4次計算，每次檢修人工及物質費用2萬元，創(chuàng)造經(jīng)濟效益2×4=8萬元/a(設備價值);按照每次檢修直接影響醋酸產(chǎn)量600 t，每年避免因該管道泄漏及振動過大限產(chǎn)、減產(chǎn)3 000余t，為安全穩(wěn)定、長周期效益運行打下基礎。

改造后閃蒸管線各點受力分析模擬圖詳見圖3，受力分析情況詳見表3。

表3 閃蒸管線改造后各點受力分析情況表

6 結束語

通過設備及管道長周期效益運行的實踐論證和改造管道結構及合理加固對惡劣工況適應的成功應用，證明了對閃蒸方式改造的成功，在對合成閃蒸管線改造的關鍵技術形成自身專有技術的基礎上，積累了關鍵設備及管道檢修技術數(shù)據(jù)，為企業(yè)節(jié)約大量維修資金的同時，為今后的獨立檢修和消除技術封鎖奠定基礎。