范曉志
(石家莊正元塔器設(shè)備有限公司,河北石家莊 052165)
流化床反應(yīng)器是一種流體(氣體或液體)以較高的流速通過床層,帶動床內(nèi)的固體顆粒運動,使之懸浮在流體的主體流中進行反應(yīng),并具有類似流體流動的一些特征的裝置。
流化床反應(yīng)器是工業(yè)上目前在苯胺生產(chǎn)方面應(yīng)用較廣泛的反應(yīng)裝置,國內(nèi)大部分采用流化床氣相催化加氫工藝。在反應(yīng)器中固體顆粒被流體吹起,呈懸浮狀態(tài),可做上下左右劇烈運動和翻動,該工藝較好地控制了反應(yīng)溫度,避免了局部過熱,減少了副反應(yīng),延長了催化劑的壽命,可在不中斷生產(chǎn)的情況下,從反應(yīng)器中取出一批部分失活的催化劑并補充新鮮的催化劑,還可在反應(yīng)器內(nèi)配置廢熱鍋爐等裝置,以充分利用其反應(yīng)熱。但此工藝操作較復雜,催化劑顆粒之間的碰撞劇烈,催化劑磨損大,造成催化劑破碎率較高,增加了催化劑的損耗;因催化劑顆粒與器壁間也發(fā)生劇烈的碰撞,易于造成設(shè)備及管道的磨蝕,增大了設(shè)備的損耗[1-2]。
流化床反應(yīng)器由筒體、封頭、設(shè)備法蘭、冷卻管束、氣體分布錐、旋流板分離裝置、過濾裝置等部分構(gòu)成(見圖1)。設(shè)備底部冷管束由64根換熱管組成,所用的材質(zhì)是按照國家標準GB/T 8163—2008中規(guī)定的20#鋼,換熱管分布在3個同心圓上,上下結(jié)構(gòu)對稱,均采用不規(guī)則彎曲半徑彎管同外部環(huán)管相連。分布板上打孔,裝有502個風帽,風帽為鑄件,底部用螺母固定在分布板上;中部設(shè)旋流板,上部設(shè)160根過濾管,材質(zhì)為碳鋼[3-4]。
圖1 流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意
2010年10月,某化肥廠新購流化床開車運行;2011年2月和4月,設(shè)備外部蒸汽環(huán)管與換熱管處焊口發(fā)生泄漏,維修時采用補焊并進行了磁粉檢測處理;2011年6月,底部冷管束發(fā)生泄漏,經(jīng)檢查為冷管束上部異徑管出現(xiàn)裂紋,維修時采用補焊并進行了磁粉檢測,合格后投入使用;2011年9月和10月,流化床再次發(fā)生泄漏,經(jīng)檢查其底部換熱管下部彎管處的管子出現(xiàn)小孔,將管子橫向割開后,發(fā)現(xiàn)管壁明顯變薄,磨蝕較嚴重。
分析流化床開車后多次泄漏的原因,發(fā)現(xiàn)主要問題在于其底部冷卻管束的彎管部分。
(1) 沖刷腐蝕
氣體從分布錐吹出,在下部氣體流速高,帶動催化劑成流化態(tài),對彎管處的沖刷力度大,造成管壁減薄嚴重,此現(xiàn)象在其他流化床中也有發(fā)生,在所用設(shè)備中尤為嚴重。
(2) 材料
設(shè)備中所用的管束是按照GB/T 8163—2008的規(guī)定,選用20#鋼材質(zhì)的管子?,F(xiàn)考慮采用較高等級的冷卻管代替20#鋼。
(3) 制作工藝
從下部管束彎管制作,到與筒體的組裝,其間包含著很多工藝過程,冷卻管束的彎管彎曲半徑不標準,且彎曲面較多,筒體內(nèi)外有較多的彎曲弧面,增加了制造難度,在組裝過程中曾多次組對,組對中對彎管的多次用力拉伸,使已經(jīng)減薄的管壁進一步變薄,進而出現(xiàn)泄漏。
(4) 頻繁地開停車
設(shè)備開車時,管束內(nèi)通高溫蒸汽,管束的熱量帶動管間的催化劑達到預定溫度,此時管束溫度高于管間溫度,管束受設(shè)備筒壁的強制壓縮;設(shè)備正常運行期間,冷卻管束內(nèi)通水,溫度較低,管間催化反應(yīng)放熱,使其處于高溫狀態(tài),管束受強制拉伸。頻繁地開停車使管束彎管處局部熱應(yīng)力增大,造成彎管處易損壞。
根據(jù)所分析的原因,對流化床底部冷卻管束部分進行改造,具體措施如下:
(1) 增大冷卻管束壁厚,將冷卻管束直段和彎曲段壁厚增加,增大彎管對底部流化狀態(tài)的耐蝕性。
(2) 提高了冷管規(guī)格,改造后冷卻管束全部采用國家標準GB 5310—2008 中規(guī)定的20G管子。
(3) 對管束的彎管部分進行改進,將不規(guī)則的彎曲半徑在保證膨脹量的前提下,盡量采用標準、簡易的彎曲半徑,并將筒體外側(cè)與環(huán)管處相連的彎管簡化,降低了制作難度,減少了調(diào)整次數(shù),從而更好地保證了彎管的壁厚。
(4) 盡量減少開停車次數(shù)。保證焊接質(zhì)量,減少泄漏次數(shù)是減少開停車的根本保證。對所采購的管件進行嚴格的檢測,對焊接質(zhì)量進行嚴格的控制,保證設(shè)備質(zhì)量。
改造后,管束彎管段的煨制相對第一次簡單了許多,開車至今運行效果良好。流化床中催化劑相對貴重,要求制作精度嚴格,對制造工藝和焊接工藝質(zhì)量都有較高要求,需要在實踐中不斷改進。
參考文獻
[1] 孫結(jié)實.6 000 t/年苯胺流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹[J].河南化工,1990(5):14- 15.
[2] 岑可法,倪明江,駱仲泱,等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行[M].北京:中國電力出版社,1997.
[3] 周繼良,王臣,徐輝,等.流化床反應(yīng)器的流動模型[J].中國冶金,2007,17(9):39- 43.
[4] 劉武標,陳漢平,張世紅,等.外部流化床燃燒氣化反應(yīng)器的試驗研究型[J].化肥工業(yè),2002,29(5):29- 32.