汽提塔分布管的修復(fù)與應(yīng)用

翟建偉，劉 平

（海洋石油富島股份有限公司，海南東方 572600）

1 概述

富島公司2700t/d 尿素裝置二氧化碳汽提塔采用降膜式列管換熱器，合成塔出液與二氧化碳在管內(nèi)逆向流動(dòng)，管外蒸汽加熱提供熱量。合成液中未轉(zhuǎn)化成尿素的氨基甲酸銨大部分在此分解，溶解于反應(yīng)液中的氨與二氧化碳被汽提出來。汽提塔液體分布器是由固定管板、分布管和定距螺桿組成，布管共有3783 根。使用16a 后出液小孔平均直徑達(dá)到Φ2.7±0.1mm，設(shè)計(jì)每根分布管的三個(gè)出液小孔直徑Φ2.4±0.05mm，合成塔出液在汽提塔分布器形成一定液位，通過三個(gè)小孔流入汽提管中，呈液膜狀沿管內(nèi)壁向下流動(dòng)，孔徑大小影響液膜厚度和汽提效率。

2 出液小孔直徑增大對(duì)汽提塔的影響

2.1 高壓系統(tǒng)最低運(yùn)行負(fù)荷提高

正常生產(chǎn)中，汽提塔分布器的液位在300～400mm 高度，分布管的3個(gè)小孔與管板之間高度大約為25mm；小孔增大后，部分管束有可能沒有液膜下降，氧氣不能溶解在液相中，在管壁上形成鈍化膜，引起列管腐蝕。隨著孔徑增加，高壓系統(tǒng)最低運(yùn)行負(fù)荷相應(yīng)需要提高。

2.2 汽提塔出液溫度升高

尿素溶液在汽提管內(nèi)被二氧化碳逆流汽提，相對(duì)較冷的二氧化碳引入汽提管內(nèi)，冷卻沿著管束壁上落下的液體，當(dāng)小孔直徑增加，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入汽提管內(nèi)液相增加，液氣比降低，二氧化碳冷卻降溫效果下降，甲銨分解效率下降，吸收熱量降低，在汽提管外加熱蒸汽作用下，汽提塔出液溫度升高。

2.3 汽提效率降低

汽提塔中二氧化碳降低了氨的分壓，氨從液相中蒸發(fā)出來。由于尿素的生產(chǎn)反應(yīng)不能完全進(jìn)行，在汽提塔中氨和二氧化碳濃度由汽提塔的長度所限制，控制適當(dāng)?shù)囊簹獗仁翘岣咂嵝实挠行侄??？讖皆龃筮M(jìn)入汽提管內(nèi)液相增加，汽液比偏離正常值4.0，氨分壓上漲，甲銨分解率下降，出液尿素溶液濃度含量下降。

2.4 部分列管易形成超溫

分布管孔徑增大，在低負(fù)荷時(shí)，部分汽提管內(nèi)不能均勻形成液膜或無液膜，二氧化碳?xì)怏w在管內(nèi)會(huì)因無液膜存在而升高，列管液氣比遠(yuǎn)超過正常值4.0，列管出液溫度超溫嚴(yán)重，部分列管造成干燒。汽提管液膜不均勻，不能形成均勻致密的鈍化膜，腐蝕速度快速增加。

2.5 影響低壓系統(tǒng)壓力和吸收量

孔徑增大，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入汽提管內(nèi)液相增加，造成液氣比失調(diào)，汽提后的液體中甲銨量增加，同樣負(fù)荷下，進(jìn)入低壓循環(huán)系統(tǒng)甲銨量增加，壓力升高，使常壓吸收負(fù)荷增加，放空量增加，維持生產(chǎn)必須多加水吸收，系統(tǒng)水碳比升高，合成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率降低。

3 舊分布管實(shí)驗(yàn)性修復(fù)

選取50根淘汰舊分布管實(shí)驗(yàn)，做阻力降實(shí)驗(yàn)，（如圖1舊管數(shù)據(jù)）記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，原三個(gè)小孔中心位置為120°夾角，先測(cè)量好新開孔位置標(biāo)定開孔記號(hào)，再用相同材質(zhì)焊條將三個(gè)小孔封堵，最后選用孔徑同型號(hào)鉆頭對(duì)每個(gè)小孔進(jìn)行開孔，完成50根修復(fù)。

圖1 汽提塔出液尿素濃度月分析統(tǒng)計(jì)

3.1 存在的問題

（1）夾角測(cè)量和開孔角度難控制，為保證新開孔處于原孔中心60°處，對(duì)中需要較長時(shí)間，如大量加工單個(gè)鉆頭開孔不能滿足批量作業(yè)能力，需改進(jìn)開孔工具。

（2）焊接小孔時(shí)，焊接只能在小孔外壁堆焊，表面形成凸形，沒有新分布管外觀光滑。小孔焊接凸起打磨后發(fā)現(xiàn)，小孔內(nèi)焊接填充不完全，與管口壁厚度不一致，長期使用會(huì)腐蝕穿孔。

（3）孔徑周邊有少量毛刺現(xiàn)象，阻力降壓差波動(dòng)大，使用中易出現(xiàn)堵塞偏流，打磨困難。

（4）圓形外壁鉆頭受力不均產(chǎn)生位移，小孔外部表面損傷，直徑不規(guī)則。

（5）鉆孔過程形成的鋼絲物卡在分布管帽中需要人工清理。

3.2 解決的方法

（1）選擇專業(yè)機(jī)加工器具，提高加工精度，減少毛刺現(xiàn)象。

（2）舊分布管帽切割，用新管加工替代，減少焊接工序，提高修復(fù)效率。

（3）鉆頭長度選擇合適，防止鉆孔時(shí)在管壁表面移動(dòng)。

（4）管帽與管身焊接后增加垂直度檢測(cè)，管帽與汽提管管頭密封嚴(yán)實(shí)，提高安裝精度。

（5）加工完成的管帽用高壓空氣吹掃，使小孔和管帽內(nèi)無異物堵塞。

（6）增加管帽與管身焊縫PT 檢測(cè)，提高焊接質(zhì)量。

改進(jìn)修復(fù)后，對(duì)分布管進(jìn)行阻力降實(shí)驗(yàn)（如表1），出液小孔平均直徑達(dá)到Φ2.4±0.05mm，接近新管指標(biāo)滿足使用條件。

表1 實(shí)驗(yàn)前后阻力降統(tǒng)計(jì)

4 分布管修復(fù)應(yīng)用效果

富島公司2700t/d 尿素裝置2017 年8 月大修分布器拆除后，通過阻力降實(shí)驗(yàn)挑選2100 根孔徑較大的分布管進(jìn)行修復(fù)，2000根分布管檢測(cè)合格安裝在汽提塔使用。開車后汽提塔出液尿素濃度平均高于設(shè)計(jì)55.5%（如圖1），出液平均溫度168℃，低于設(shè)計(jì)173℃（如圖2）達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。2100根分布管修復(fù)費(fèi)用59萬元，修復(fù)利用取得的經(jīng)濟(jì)效益：2000根*0.1588萬元-59萬元=258.6萬元。

圖2 汽提塔出液溫度趨勢(shì)

5 結(jié)束語

通常分布管小孔增大后直接廢棄，經(jīng)修復(fù)后分布管得到有效利用，延長了分布管使用壽命。通過修復(fù)實(shí)驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用，避免加工過程易出現(xiàn)的問題，掌握了修復(fù)技術(shù)和方法。在同類型裝置設(shè)備中具有較高推廣修復(fù)使用價(jià)值，同時(shí)為企業(yè)節(jié)省較大投資成本。