流化床反應器泄漏問題及改進措施

范曉志

(石家莊正元塔器設備有限公司，河北石家莊 052165)

流化床反應器是一種流體(氣體或液體)以較高的流速通過床層，帶動床內的固體顆粒運動，使之懸浮在流體的主體流中進行反應，并具有類似流體流動的一些特征的裝置。

1 流化床的應用及特點

流化床反應器是工業上目前在苯胺生產方面應用較廣泛的反應裝置，國內大部分采用流化床氣相催化加氫工藝。在反應器中固體顆粒被流體吹起，呈懸浮狀態，可做上下左右劇烈運動和翻動，該工藝較好地控制了反應溫度，避免了局部過熱，減少了副反應，延長了催化劑的壽命，可在不中斷生產的情況下，從反應器中取出一批部分失活的催化劑并補充新鮮的催化劑，還可在反應器內配置廢熱鍋爐等裝置，以充分利用其反應熱。但此工藝操作較復雜，催化劑顆粒之間的碰撞劇烈，催化劑磨損大，造成催化劑破碎率較高，增加了催化劑的損耗；因催化劑顆粒與器壁間也發生劇烈的碰撞，易于造成設備及管道的磨蝕，增大了設備的損耗[1-2]。

2 流化床結構

流化床反應器由筒體、封頭、設備法蘭、冷卻管束、氣體分布錐、旋流板分離裝置、過濾裝置等部分構成(見圖1)。設備底部冷管束由64根換熱管組成，所用的材質是按照國家標準GB/T 8163—2008中規定的20#鋼，換熱管分布在3個同心圓上，上下結構對稱，均采用不規則彎曲半徑彎管同外部環管相連。分布板上打孔，裝有502個風帽，風帽為鑄件，底部用螺母固定在分布板上；中部設旋流板，上部設160根過濾管，材質為碳鋼[3-4]。

圖1 流化床反應器結構示意

3 流化床泄漏情況

2010年10月，某化肥廠新購流化床開車運行；2011年2月和4月，設備外部蒸汽環管與換熱管處焊口發生泄漏，維修時采用補焊并進行了磁粉檢測處理；2011年6月，底部冷管束發生泄漏，經檢查為冷管束上部異徑管出現裂紋，維修時采用補焊并進行了磁粉檢測，合格后投入使用；2011年9月和10月，流化床再次發生泄漏，經檢查其底部換熱管下部彎管處的管子出現小孔，將管子橫向割開后，發現管壁明顯變薄，磨蝕較嚴重。

4 問題分析

分析流化床開車后多次泄漏的原因，發現主要問題在于其底部冷卻管束的彎管部分。

(1) 沖刷腐蝕

氣體從分布錐吹出，在下部氣體流速高，帶動催化劑成流化態，對彎管處的沖刷力度大，造成管壁減薄嚴重，此現象在其他流化床中也有發生，在所用設備中尤為嚴重。

(2) 材料

設備中所用的管束是按照GB/T 8163—2008的規定，選用20#鋼材質的管子。現考慮采用較高等級的冷卻管代替20#鋼。

(3) 制作工藝

從下部管束彎管制作，到與筒體的組裝，其間包含著很多工藝過程，冷卻管束的彎管彎曲半徑不標準，且彎曲面較多，筒體內外有較多的彎曲弧面，增加了制造難度，在組裝過程中曾多次組對，組對中對彎管的多次用力拉伸，使已經減薄的管壁進一步變薄，進而出現泄漏。

(4) 頻繁地開停車

設備開車時，管束內通高溫蒸汽，管束的熱量帶動管間的催化劑達到預定溫度，此時管束溫度高于管間溫度，管束受設備筒壁的強制壓縮；設備正常運行期間，冷卻管束內通水，溫度較低，管間催化反應放熱，使其處于高溫狀態，管束受強制拉伸。頻繁地開停車使管束彎管處局部熱應力增大，造成彎管處易損壞。

5 改進措施

根據所分析的原因，對流化床底部冷卻管束部分進行改造，具體措施如下：

(1) 增大冷卻管束壁厚，將冷卻管束直段和彎曲段壁厚增加，增大彎管對底部流化狀態的耐蝕性。

(2) 提高了冷管規格，改造后冷卻管束全部采用國家標準GB 5310—2008 中規定的20G管子。

(3) 對管束的彎管部分進行改進，將不規則的彎曲半徑在保證膨脹量的前提下，盡量采用標準、簡易的彎曲半徑，并將筒體外側與環管處相連的彎管簡化，降低了制作難度，減少了調整次數，從而更好地保證了彎管的壁厚。

(4) 盡量減少開停車次數。保證焊接質量，減少泄漏次數是減少開停車的根本保證。對所采購的管件進行嚴格的檢測，對焊接質量進行嚴格的控制，保證設備質量。

6 結語

改造后，管束彎管段的煨制相對第一次簡單了許多，開車至今運行效果良好。流化床中催化劑相對貴重，要求制作精度嚴格，對制造工藝和焊接工藝質量都有較高要求，需要在實踐中不斷改進。

參考文獻

[1] 孫結實.6 000 t/年苯胺流化床反應器結構設計介紹[J].河南化工，1990(5)：14- 15.

[2] 岑可法，倪明江，駱仲泱，等.循環流化床鍋爐理論設計與運行[M].北京：中國電力出版社，1997.

[3] 周繼良，王臣，徐輝，等.流化床反應器的流動模型[J].中國冶金，2007，17(9)：39- 43.

[4] 劉武標，陳漢平，張世紅，等.外部流化床燃燒氣化反應器的試驗研究型[J].化肥工業，2002，29(5)：29- 32.