高压闪蒸罐壳体损坏防治对策推荐.docVIP

高压闪蒸罐壳体损坏防治对策 陈小华(南京化学工业有限公司氮肥厂，江苏南京,210035) 2004-10-16 1? 概述 ??? 高压闪蒸罐(V204A／B)是合成氨装置德士古气化工艺流程中炭黑水处理的关键设备。来自气化炉激冷室的炭黑水(266℃，8.65MPa，22124kg／h)经减压至0.91MPa，进入高压闪蒸罐闪蒸，其中的闪蒸汽(175℃，0.91MPa，9576kg／h)与灰水加热器换热后(170℃，0.86MPa，9576kg／h)送往高压闪蒸分离罐分离为酸性气相和冷凝液相，而高压闪蒸罐中的炭黑水(175℃，0.91MPa，34672kg／h)经减压至0.16MPa进入低压闪蒸罐，经过进一步闪蒸分离，用泵将炭黑水送往炭黑压滤机，分离出灰水及炭黑滤饼，炭黑滤饼运出界区，而灰水经灰水泵送往除氧器，以补充气化及净化单元所消耗掉的水。一方面满足环保要求，另一方面也保证工艺生产水循环的需要。 ??? 在德士古气化工艺流程中，高压闪蒸罐的结构如图1所示，其壳体材质为20R，介质为炭黑水，工作压力为0.805MPa，工作温度为175℃，设计压力为1.135MPa，设计温度为205℃，直径为2000mm，计算壁厚为11mm，实取壁厚为20mm，腐蚀裕量为8mm。 2? 故障记录及临时性修复措施 ??? 2002年4月28日某厂大化肥气化单元正式投料，高压闪蒸罐进入试车生产阶段，经过近3个月的运行，7月25日，V204B壳体即出现泄漏，经现场查看，泄漏部位为壳体正对着的炭黑水进口管区域，如图1所示。在接下来的一个多月里，V204A、B罐壳体相同部位先后各2次出现泄漏，具体故障记录见表1。 3 原因分析及初步改造方案 ??? 1)进口管折断原因及处理 ??? 经分析炭黑水进口管折断主要是由振动引起：炭黑水顺进口管冲击到接管末端堵板上，在开豁口处流体由水平流向改为垂直折向下流动，对水平接管产生作用力，而接管末端是用半圆形管子托住的(如图2所示)，管子可以向上自由运动，因此接管在这个激振力的作用下，产生上下振动，而在开90°豁口的尖角处正好产生应力集中，裂纹极易从此产生并很快扩展，造成接管在此处断裂。为解决这一问题，将管子末端支承由半圆弧形改为整圆弧形套管，约束管子末端使其不能上下大范围运动，使振幅大幅度下降，降低管子振动产生的交变应力，并将接管开豁口处的尖角倒成R25圆角，避免应力集中。 ??? 2)壳体冲通的原因及改造 ??? 冲刷磨损是壳体冲通的主要原因，其腐蚀机理是：在壁面剪应力的作用下，金属表面的覆盖层或钝化膜受到破坏，介质强烈地腐蚀材料表面，于是交替地产生破坏和再钝化过程，钝化膜的生成速度对给定的材料一介质系统中材料的寿命具有决定意义。炭黑水进口接管结构及炭黑水介质特性，正符合产生冲刷磨损的条件。 ??? 壳体第1次冲通(7月25日)，是由于接管末端堵板与接管末端仅为搭接角焊缝，焊缝强度很低，末端堵板很容易被冲脱，导致炭黑水直接从管内垂直冲到壳壁上，因此壳壁冲刷磨损减薄范围较小。 ??? 壳体第2、3次冲通(8月12日、25日)，则是由于接管因振动断裂，导致炭黑水进入罐内后呈抛物线状流下，流体冲到位于接管中心线偏下的壳壁上，造成这一部分壳壁因冲刷磨损而减薄，中心部位首先冲通。之所以在如此短时间内即冲刷损坏，进一步分析发现，炭黑水中含有大量炭黑悬浮物颗粒，粒径在0.8～20μm，其黏度远大于水的黏度，炭黑含量在40～50g／m3。根据化工腐蚀相关理论：当冲刷磨损的流体流经壳体表面时造成冲刷磨损的最大因素是流体流速，其次与悬浮物浓度、壳体表面直径也有很大关系。在较高流速下特别当溶液含有悬浮固体时，使磨损显著加快，随流速的增加，碳钢和铸铁等合金的磨蚀速率增加到几倍甚至几十倍。经计算：炭黑水在进口接管内的流速在1.8m/s左右，按工艺设计理论，此流速并不算高，之所以还会造成如此快的磨损，只能还有一个重要的原因，碳黑水中酸性成分如硫化氢等超标，工艺操作过程中，氨水加入量不足，碳黑水呈酸性，加速了壳体的冲刷腐蚀，pH值分析也证明了这一点。 ??? 为此对碳黑水进口接管的改造如下：壳体冲通及减薄处挖换一块600mm×l200mm椭圆钢板(δ=20mm)，内贴一块500mm×1000mm椭圆不锈钢板（δ=4mm）；炭黑水进口管拆下，与断管开60°V型坡口焊接，对开豁口处的尖角倒B25的圆角；原进口φ114mm×3mm接管外套一φ133mm×6mm不锈钢套管，套管与原进口接管开豁口处对应开一90°、1620mm长豁口，套管外开豁口对应处加焊8块半圆环型折流挡板，以降低流速，防止流体直接冲刷到壳壁上。具体方法见图3。 4 建议与设想 ??? 上述改造既避免进口管的断裂、末端堵板的脱落，又消除炭黑水从进口管流出后直接冲刷到壳壁