膨脹機(jī)壓差上漲原因分析與處理

孫 鋮

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

中海石油化學(xué)股份有限公司化肥二期合成氨裝置（450rt/a）采用凱洛格布朗路特公司（簡稱KBR）組合合成氨工藝技術(shù)。其核心工藝為KBR 深冷凈化工藝，KBR 凈化器是唯一能夠處理高濃度N2和CO2原料氣的工藝，KBR 凈化器由一臺(tái)帶有直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)電機(jī)的渦輪膨脹機(jī)131JX 和冷箱137L 組合而成。膨脹機(jī)131JX 是美國GE Rotoflow 公司生產(chǎn)的，型號(hào)：60-19EIP；冷箱137L 是由德國LINDE AG 公司生產(chǎn)制造的。自2003年10月投產(chǎn)以來一直運(yùn)行穩(wěn)定，膨脹機(jī)壓差在200kPa左右。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程簡圖

109DA/DB 為分子篩干燥劑； 154DA/DB 為分子篩出口過濾器； 183C 為分子篩再生氣加熱器； 132C/133C 為冷箱進(jìn)出口換熱器 ；131JX 為膨脹機(jī) ；137D 為凈化器精餾塔

1 故障發(fā)生過程

膨脹機(jī)131JX 壓差從2014年9月底開始有逐漸上漲的趨勢，到11月4日已經(jīng)從200kPa 漲到了255kPa，特別是從10月22日開始出現(xiàn)加速上漲，見圖2。

聯(lián)系儀表人員對(duì)差壓表進(jìn)行了檢查，確認(rèn)儀表正常，從膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)131JG 的輸出電流趨勢也可以確認(rèn)壓差是真實(shí)的上漲，見圖3。從冷箱入口工藝氣在線水含量分析結(jié)果趨勢看，水含量在（0.013～0.030）×10-6之間波動(dòng)，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值1×10-6（ppm），分子篩干燥器運(yùn)行正常，見圖4。當(dāng)時(shí)裝置系統(tǒng)負(fù)荷也比較穩(wěn)定，沒有大的調(diào)整，由此判斷裝置中出現(xiàn)了設(shè)備故障。為此對(duì)膨脹機(jī)壓差上漲原因進(jìn)行深入排查和分析。

圖2 膨脹機(jī)壓差上漲趨勢

圖3 膨脹機(jī)壓差上漲趨勢與膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)輸出電流趨勢對(duì)比

圖4 膨脹機(jī)壓差上漲趨勢與在線水分析趨勢對(duì)比

2 可能的原因分析

2.1 精餾塔137D內(nèi)件損壞

精餾塔內(nèi)件損壞，影響氣液相之間的傳質(zhì)，氮?dú)?、甲烷等的冷凝量降低?37D 液位下降，為了維持冷箱液位，迫使提高膨脹機(jī)壓差。

2.2 分子篩出口過濾器濾袋破損

分子篩出口過濾器濾袋破損，大量粉塵和破碎的氧化鋁瓷球進(jìn)入冷箱換熱器，堵塞換熱器，降低換熱器換熱效率，為維持冷箱冷量，迫使提高膨脹機(jī)壓差。

2.3 分子篩再生氣加熱器183C換熱管泄漏

183C 換熱管泄漏，分子篩再生時(shí)，再生廢氣串入中壓蒸汽，用含蒸汽的廢氣再生分子篩，使再生效果下降，分子篩再生不徹底，使分子篩水分穿透，進(jìn)入冷箱的工藝氣含水，水在冷箱進(jìn)出口換熱器壁結(jié)冰，降低了換熱器的換熱效率。

2.4 183C換熱管泄漏與濾袋破損共同作用

分子篩粉塵比較干燥，不易堵塞換熱器，除非是顆粒比較大，如果有水進(jìn)入冷箱，在水分結(jié)冰時(shí)混入分子篩粉塵，使換熱器結(jié)垢，會(huì)加快換熱器換熱效率的下降。

2.5 分子篩穿透

由于分子篩運(yùn)行已經(jīng)到了更換周期末期，分子篩可能已經(jīng)粉化嚴(yán)重，吸附性能下降，另外，由于183C 內(nèi)漏，再生不徹底，多種原因造成了分子篩的穿透，水進(jìn)入冷箱，在換熱器壁凝結(jié)，降低了換熱器的換熱效率。

3 針對(duì)可能的原因進(jìn)行的排查

1）精餾塔137D 內(nèi)件損壞，目前只能通過運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從趨勢分析，精餾塔壓差正常，可排除塔內(nèi)件損壞的可能。

2）針對(duì)分子篩出口過濾器濾袋是否破損，現(xiàn)場通過154DA/B 底部導(dǎo)淋排放檢查，未發(fā)現(xiàn)有粉塵，雖然不能由此判斷過濾器濾袋完好，至少可以說明即使有損壞也不嚴(yán)重。

3）針對(duì)183C 換熱管是否泄漏，在分子篩加熱再生步驟時(shí)，接臨時(shí)取樣管分析183C 出口廢氣露點(diǎn)，分析結(jié)果為-52℃，明顯含水。另外，在分子篩冷卻步驟，把183C 蒸汽完全切除后，對(duì)蒸汽側(cè)進(jìn)行測爆，發(fā)現(xiàn)有可燃?xì)?，初步判?83C 內(nèi)漏。在分子篩冷卻階段，在線切除蒸汽后拆開封頭進(jìn)行換熱管測漏，發(fā)現(xiàn)蒸汽入口側(cè)管板與換熱管脹接部位存在大面積的滲漏（測漏壓力0.160MPa），183C 總共176 條U 型管，其中105 條管板處滲漏。由此判斷，183C 泄漏使分子篩再生不徹底，從而引起分子篩水穿透，進(jìn)入冷箱結(jié)冰，是導(dǎo)致?lián)Q熱器效率下降，從而引起膨脹機(jī)壓差上漲的主要原因。是否有其他原因，在消除183C 漏點(diǎn)后，觀察各項(xiàng)參數(shù)的變化再做進(jìn)一步的分析。

4 初步處理情況

分子篩再生加熱器183C 換熱器管束為U 型管，換熱管數(shù)量176根，共發(fā)現(xiàn)泄漏換熱管根數(shù)105根。換熱管與管板連接部位沒有采取焊接形式，而是采用強(qiáng)度脹接形式，此次發(fā)現(xiàn)泄漏的位置正是換熱管與管板脹接部位。在正常生產(chǎn)中由于殼側(cè)有0.16MPa 的工藝廢氣無法切除，只能采用脹管器臨時(shí)修復(fù)。183C 經(jīng)過脹管處理后，膨脹機(jī)壓差上漲速度明顯得到控制，冷箱穩(wěn)定運(yùn)行了3個(gè)月后，2015年2月8日系統(tǒng)惡化，冷箱液位持續(xù)下降，膨脹機(jī)進(jìn)出口溫度明顯上漲，為了維持膨脹機(jī)出口溫度，維持冷箱液位，膨脹機(jī)壓差提到了450kPa，見圖5。

圖5 膨脹機(jī)壓差上漲趨勢

5 停車檢修處理

1）對(duì)183C 換熱管管板處進(jìn)行清根焊接處理，解決換熱器泄漏問題。

2）冷箱解凍，通過導(dǎo)淋排出大量水，熱氮干燥后對(duì)冷箱進(jìn)行爆破吹掃，吹掃出分子篩粉塵。

3）更換分子篩干燥劑，取樣送檢發(fā)現(xiàn)分子篩干燥劑因泡水而導(dǎo)致吸附能力和強(qiáng)度均明顯下降。4）檢查更換分子篩干燥器出口過濾器濾袋。5）開車過程中冷箱進(jìn)行工藝氣干燥。

6 結(jié)束語

本合成氨裝置分子篩再生氣加熱器經(jīng)過多次脹接和補(bǔ)焊，管板已劣化，不具備修復(fù)價(jià)值，2019年檢修時(shí)進(jìn)行更換，新?lián)Q的設(shè)備管子和管板的連接方式由原來的“強(qiáng)度脹脹接”變更為“脹接加密封焊”的方式。冷箱經(jīng)過多次的爆破吹掃，冷箱進(jìn)出口換熱器也基本恢復(fù)了原來的換熱效率，膨脹機(jī)壓差降到了設(shè)計(jì)值220kPa 左右。