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等温变换炉换热管的快速查漏和检修

[日期:2020-06-15] 来源:《中氮肥》2020年第3期  作者: [字体: ]

赵志刚,董治胜,侯玉婷

(新疆中能万源化工有限公司,新疆 玛纳斯832200

 

       [摘  要]等温变换技术是近几年来发展较快的一种CO变换技术,其优点是安全、经济、操作简便、催化剂使用寿命长,但也存在着关键设备——等温变换炉结构复杂、检修难度高、检修时间长的缺点。新疆中能万源化工有限公司针对201910月年度检修后开车过程中出现的等温变换炉换热管内漏问题,摒弃业内常规的检修方法,采用快速查漏和快速堵漏的方法,仅用时26 h就完成了等温变换炉2根内漏换热管的查漏和堵漏,此方法快速、有效,缩短了检修时间,保证了装置的有效运行时间。

[关键词]等温变换炉;双套管换热组件;换热管内漏;快速查漏;楔形堵漏塞;快速堵漏;效果

[中图分类号]TQ113.26+4.2   [文献标志码]B   [文章编号]  1004-9932202003-0057-03

 

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新疆中能万源化工有限公司合成氨—尿素装置主要工序包括煤气化、CO变换、低温甲醇洗、液氮洗、氨合成、尿素合成。其中,煤气化采用的是航天炉粉煤加压气化工艺,所产煤气中CO含量高达61%(干基),给变换系统的设计带来较大难度。若采用常规的绝热变换反应器,需要4台绝热变换炉,工艺流程长,相应地用于回收煤气、变换气显热和潜热的设备台数也会增加,且回收热能级别较多,尤其是低品位热能较多;此外,操作中也易发生变换炉超温的风险。而等温变换技术是近几年来发展较快的一种CO变换技术,其改变了原来通过变换催化剂装填量来控制催化剂床层温升的设计理念,利用埋在催化剂床层内部的移热管束(副产高品位蒸汽)将催化剂床层反应热及时移出,确保催化剂床层温度可控,技术先进、设计合理,杜绝了变换炉超温的风险,有效延长了催化剂的使用寿命;此外,等温变换技术催化剂装填量不受床层超温限制,可在1台变换炉内装填大部分催化剂,从而可减少设备数量、缩短工艺流程。等温变换技术具有安全、经济、操作简便、催化剂使用寿命长等优点,但同时也存在着关键设备——等温变换炉结构复杂、检修难度高、检修时间长的缺点。等温变换炉换热管一旦出现内漏,势必影响装置的有效运行时间,因此,等温变换炉换热管的快速查漏和快速堵漏非常重要。

1  等温变换炉结构及工艺流程

1.1  等温变换炉的结构

等温变换炉主要由汽包和变换炉构成。汽包布置在变换炉顶部,为变换炉提供移出变换反应热的锅炉水,同时分离汽水,蒸汽经分离水后送管网,水则循环进入变换炉。

等温变换炉内部主要为全径向催化剂筐和悬挂双套管换热组件,结构示意如图1。催化剂筐与炉壁有环隙,为未反应气的进入通道,催化剂筐内、外两侧为气体分布器,催化剂筐内装有钴钼系变换催化剂;等温变换炉中间有中心管,为反应气排出通道。悬挂双套管换热组件由内管、外管、薄管板、厚管板组成;内管与外管构成双套管换热管,外套管与催化剂和反应气体直接接触,为换热的主要部件;薄管板隔离水室与汽室;厚管板隔离汽室与工艺系统,为主承压部件。等温变换炉采用的悬挂双套管换热管可自由伸缩,可有效吸收热应力,使用安全,但给检维修带来了较大困难。

1.2  工艺流程

气体流程:未反应气先进入径向催化剂筐与炉壁间的环隙,径向穿过催化剂床层,在催化剂床层内CO与水蒸气反应生成CO2H2,同时放出大量的热,反应热被分布于催化剂床层中换热管内的水带出,从而保持催化剂床层处于恒温状态;反应后的气体由中心管汇集送出变换炉。

水汽流程:汽包内锅炉水由汽包底部进入变换炉水室,经薄管板分别进入各内套管,在重力作用下向下流动并与外套管内水汽换热升温,到达双套管的底部后折流向上,经外套管吸收变换反应热副产蒸汽;蒸汽出厚管板后在汽室汇集,向上进入汽包,经分离水后,蒸汽外送管网,水则循环进入变换炉。

2  等温变换炉换热管内漏情况

201910月系统年度大修后开车,等温变换炉补水后用蒸汽加热水循环升温,当汽包压力升至1.5 MPa时,发现汽包液位下降,打开等温变换炉进、出口气管道导淋阀,均发现有水,判断等温变换炉换热管出现了内漏,立即停止升温,将汽包压力降至常压,并排尽汽包和水室内的锅炉水。据等温变换炉进、出口气管道导淋排出的水量分析,等温变换炉换热管内漏较大。液态水会造成变换催化剂粉化,活性组分溶于水后流失,从而导致变换催化剂活性下降甚至失活,因此必须消除内漏后才能开车。

3  内漏情况检查及处理方案制定

由等温变换炉内部结构(图1)可以看出,汽室内布满内套管,没有检查和处理的空间,作业人员能进入检修的空间只有水室。业内对于此类结构的设备可借鉴的检修方法是:环切割开汽室炉壁,将上封头连带薄管板、内套管一同抽出,在催化剂床层用氮气加压,逐根对外套管查漏并处理;外套管漏点处理完毕后,回装上封头、薄管板及内套管,焊接汽室,完成检修。此处理方法工作量巨大,一般用时长达1个月。为尽快处理等温变换炉内漏问题,早日恢复生产,据等温变换炉的结构特点,结合以往处理设备问题的经验,制定了如下查漏和快速检修的方案。

3.1  查漏原理

内套管和外套管构成了一个U形管,在U形管内注入水形成水封,不漏的U形管是一个完整的水封,而内漏的U形管则不是一个完整的水封;在U形管一端逐渐增加压力,达到一定压力后,不漏的U形管另一端会有水流出,因内漏而水封高度较低的U形管则无水流出,甚至直接漏气。

3.2  查漏方案具体实施

更多内容详见《中氮肥》2020年第3

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