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天然气转化炉换热器泄漏的判断及处理点击：1737 日期：[ 2014-04-26 21:08:17 ] |
| 天然气转化炉换热器泄漏的判断及处理 张刚 晁静 （河南蓝天集团中原甲醇厂 周湾工业园， 河南驻马店 ４６３０００） 摘要：转化炉是天然气制氨和甲醇的核心设备， 其工作温度高达 １０００℃以上。恶劣的操作环境使其容易产生问题。因此诊断转化炉的故障和隐藏的安全问题十分重要， 其直接牵涉到转化炉的正常和安全运转。本文介绍了在如此高温的工作条件下，如何判断设备运行是否正常， 是否存在安全隐患， 成为生产管理中值得关注的问题， 本文就在生产中如何判断隐患的存在及处理办法举一实例， 希望对同行业有所帮助。 关键词： 天然气转化炉； 换热器泄漏； 判断； 处理 中图分类号： Ｏ ６４３ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００１２１９（２００８）０２－５２－０２ １ 现象及问题判断 ２００７ 年 ５ 月 ２７ 日， 国内某大型天然气转化制甲醇化工装置， 在生产负荷及工艺参数维持不变的条件下， 转化炉（ 图 １） 对流段换热器 Ｅ１ 后烟气温度 ０１ＴＩ０５４、高压过热蒸汽温度 ０１ＴＩ０６２、高压蒸汽过热器 Ｅ２ 后烟气温度 ０１ＴＩ０５５、过氧度 ０１ＡＩ００１、鼓风压力 ０１ＰＩ００６ 和新鲜气量等发生较大变化， 在当时增加鼓风量的情况下， 过氧度也由 ２．７％下降至２．５％。当时一些数据记录如表 １。 ２ 故障分析判断 在工艺条件基本不变的情况下， 由表 １ 数据可以看出： （１）换热器 Ｅ１ 后烟气温度 ０１ＴＩ０５４ 升高了 ５４℃造成该现象的原因可能有二： ①转化炉对流段发生二次燃烧， 但从 ０１ＴＩ０５０ 对流段入口侧烟气温度未变化来看， 次原因可以排除； ②换热器 Ｅ１ 泄漏后燃烧。 （２）高压过热蒸汽温度 ０１ＴＩ０６２ 升高了 １８℃、高压蒸汽过热器 Ｅ２ 后烟气温度 ０１ＴＩ０５５ 升高了 ４９℃造成该现象的原因可能有三： ①烟气入口侧温度 ０１ＴＩ０５４ 升高； ②烟气流通量增大； ③蒸汽量减少，但当时换热器 Ｅ２ 进口蒸汽量及参数与正常时相当，所以可以排除蒸汽的原因。 （３） 转化炉过氧度 ０１ＡＩ００１ 下降了 １．８％，且鼓风压力 ０１ＰＩ００６ 压力上升了０．１１ｋＰａ造成该现象的原因可能有二： ①燃烧料量增加或空气量减少，但实际空气风压增加，即空气量增加了，而燃料气量从数据上来看，保持在恒定状态； ②转化炉对流段有天然气泄漏并着火燃烧。 （４）新鲜气量下降了１０００Ｎｍ３／ｈ造成该现象的原因可能有二： ①生产负荷下降， 但当时保持不变； ②系统存在泄漏现象。 通过对以上四条异常现象的原因分析不难看出： 换热器 Ｅ１ 内的天然气泄漏到转化炉内并着火燃烧了。燃烧产生的热量导致烟气温度 ０１ＴＩ０５４／０５５ 升高， 且过热蒸汽温度 ０１ＴＩ０６２ 上升。且由于此部分泄漏天然气的燃烧， 导致对助燃空气的需求量增加， 所以过氧度 ０１ＡＩ００１ 下降。由于 Ｅ１ 的泄漏，导致进入转化炉内反应的原料气量减少， 所以新鲜气量下降了 １０００Ｎｍ３／ｈ 左右。 ３ 换热器 Ｅ１ 泄漏可能造成的危害 换热器Ｅ１ 泄漏可能带来的危害是： （１）造成过渡段天然气燃烧部位的超温， 如果长时间火嘴直接舔烧换热管， 则会造成换热管超温损坏。 （２） 随着泄漏量的逐渐加大， 燃烧所需空气量逐渐增加， 过氧度逐渐下降， 当过氧度低至一定程度后燃料燃烧不完成， 可燃气体会在转化炉对流段积聚， 达到爆炸极限则会发生严重的爆炸事故。鉴于以上两点， 需进行紧急停车处理。 ４ Ｅ１ 检修处理方案 ４．１ 设备基本参数 Ｅ１ 换热管材质 ０Ｃｒ２５Ｎｉ２０； １４０×１２ｍｍ （光管）；流量 １６９３４８Ｎｍ３／ｈ； 烟气侧进口温度 １００２℃、出口温度 ７３４℃； 管程进口温度 ２１３℃、出口温度 ５５０℃； 传热面积 ６４６ｍ２。 ４．２ Ｅ１ 泄漏的原因分析 经过对系统降温、置换， 并上水试漏， 发现换热管中部一道焊缝热影响区（１ｃｍ 左右处） 有一道环向裂纹， 遂根据此钢材的特性， 断定此次事故是由于焊接质量不过关造成的， 因为 ０Ｃｒ２５Ｎｉ２０ 钢焊接时容易产生凝因裂纹。主要原因是： （１） 该钢导热系数小， 线膨胀数大， 在焊接条件下， 接头中产生较大的拉应力； （２）焊缝组织易形成方向性较强的柱状晶组织； （３） 焊缝金属的合金成分较复杂， 其杂质在凝固过程中易偏析且形成低熔共晶化合物而聚集于晶界处， 为凝固裂纹的产生提供了冶金条件； （４）０Ｃｒ２５Ｎｉ２０ 钢易于产生高温脆化。盘和内蒸汽的温度为１００～２００℃， 压力为．３ＭＰａ， 管外温度为５００～７００℃， 而该钢在 ５００～９００℃长时间加热有利于了发生 δ相到 σ相的转变， 产生 σ相脆化。 因此， 从理论上分析和裂纹外观具有很好的方向性， 可以判断该裂纹属热裂纹中的凝固裂纹。 ４．３ 对泄漏点的处理 对泄漏点采取了以下处理措施： （１） 对盘管个表面进行着色探伤， 确定裂纹的具本位置， 以便彻底清除缺陷。 （２） 采用角向磨光机对裂纹处进行打磨， 裂纹尖端处打磨出圆角至平滑过渡。条磨完毕后开 α＝５０°±５° Ｖ的形坡口。 （３） 选用 φ２．５ｍｍ 的 Ａ４０２ 焊条， 焊接电流为７５～８０Ａ。为了减小熔池过热， 避免形成粗大柱状晶，提高焊接缝的抗裂性， 施焊时采用小的焊接热输入和小截面焊道。 （４） 控制层间温度不高于 ８０℃。为此， 采用焊完一层马上用冷水浇注焊道， 以降低层间温度。 （５）为防止合金元素的烧损， 采用短弧焊， 且焊条不摆动。 （６） 施焊时必须保证焊接工艺参数的稳定， 以确煲时颖成分的稳定。焊后进行着色探伤无发现裂纹等缺陷。经０．３ＭＰａ 蒸汽试验， 无泄漏现象发生， 说明裂纹已经被修复。经过一个月的使用， 设备动转正常， 确保了生产安全。 ５ 结语 化工生产过程易燃、易爆、易中毒， 稍有不慎， 就会出现安全事故， 我们要在生产过程中， 加强管理， 注重细节， 勤于观察， 对于各种工艺参数的异常情况， 及时分析判断查找原因， 将事故消除在萌芽状态， 从而避免了恶性事故的发生， 并将事故的损失降至最低限。 |
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