汽提塔分布管的修復與應用

翟建偉，劉 平

（海洋石油富島股份有限公司，海南東方 572600）

1 概述

富島公司2700t/d 尿素裝置二氧化碳汽提塔采用降膜式列管換熱器，合成塔出液與二氧化碳在管內逆向流動，管外蒸汽加熱提供熱量。合成液中未轉化成尿素的氨基甲酸銨大部分在此分解，溶解于反應液中的氨與二氧化碳被汽提出來。汽提塔液體分布器是由固定管板、分布管和定距螺桿組成，布管共有3783 根。使用16a 后出液小孔平均直徑達到Φ2.7±0.1mm，設計每根分布管的三個出液小孔直徑Φ2.4±0.05mm，合成塔出液在汽提塔分布器形成一定液位，通過三個小孔流入汽提管中，呈液膜狀沿管內壁向下流動，孔徑大小影響液膜厚度和汽提效率。

2 出液小孔直徑增大對汽提塔的影響

2.1 高壓系統最低運行負荷提高

正常生產中，汽提塔分布器的液位在300～400mm 高度，分布管的3個小孔與管板之間高度大約為25mm；小孔增大后，部分管束有可能沒有液膜下降，氧氣不能溶解在液相中，在管壁上形成鈍化膜，引起列管腐蝕。隨著孔徑增加，高壓系統最低運行負荷相應需要提高。

2.2 汽提塔出液溫度升高

尿素溶液在汽提管內被二氧化碳逆流汽提，相對較冷的二氧化碳引入汽提管內，冷卻沿著管束壁上落下的液體，當小孔直徑增加，單位時間內進入汽提管內液相增加，液氣比降低，二氧化碳冷卻降溫效果下降，甲銨分解效率下降，吸收熱量降低，在汽提管外加熱蒸汽作用下，汽提塔出液溫度升高。

2.3 汽提效率降低

汽提塔中二氧化碳降低了氨的分壓，氨從液相中蒸發出來。由于尿素的生產反應不能完全進行，在汽提塔中氨和二氧化碳濃度由汽提塔的長度所限制，控制適當的液氣比是提高汽提效率的有效手段。孔徑增大進入汽提管內液相增加，汽液比偏離正常值4.0，氨分壓上漲，甲銨分解率下降，出液尿素溶液濃度含量下降。

2.4 部分列管易形成超溫

分布管孔徑增大，在低負荷時，部分汽提管內不能均勻形成液膜或無液膜，二氧化碳氣體在管內會因無液膜存在而升高，列管液氣比遠超過正常值4.0，列管出液溫度超溫嚴重，部分列管造成干燒。汽提管液膜不均勻，不能形成均勻致密的鈍化膜，腐蝕速度快速增加。

2.5 影響低壓系統壓力和吸收量

孔徑增大，單位時間內進入汽提管內液相增加，造成液氣比失調，汽提后的液體中甲銨量增加，同樣負荷下，進入低壓循環系統甲銨量增加，壓力升高，使常壓吸收負荷增加，放空量增加，維持生產必須多加水吸收，系統水碳比升高，合成系統的轉化率降低。

3 舊分布管實驗性修復

選取50根淘汰舊分布管實驗，做阻力降實驗，（如圖1舊管數據）記錄相關數據，原三個小孔中心位置為120°夾角，先測量好新開孔位置標定開孔記號，再用相同材質焊條將三個小孔封堵，最后選用孔徑同型號鉆頭對每個小孔進行開孔，完成50根修復。

圖1 汽提塔出液尿素濃度月分析統計

3.1 存在的問題

（1）夾角測量和開孔角度難控制，為保證新開孔處于原孔中心60°處，對中需要較長時間，如大量加工單個鉆頭開孔不能滿足批量作業能力，需改進開孔工具。

（2）焊接小孔時，焊接只能在小孔外壁堆焊，表面形成凸形，沒有新分布管外觀光滑。小孔焊接凸起打磨后發現，小孔內焊接填充不完全，與管口壁厚度不一致，長期使用會腐蝕穿孔。

（3）孔徑周邊有少量毛刺現象，阻力降壓差波動大，使用中易出現堵塞偏流，打磨困難。

（4）圓形外壁鉆頭受力不均產生位移，小孔外部表面損傷，直徑不規則。

（5）鉆孔過程形成的鋼絲物卡在分布管帽中需要人工清理。

3.2 解決的方法

（1）選擇專業機加工器具，提高加工精度，減少毛刺現象。

（2）舊分布管帽切割，用新管加工替代，減少焊接工序，提高修復效率。

（3）鉆頭長度選擇合適，防止鉆孔時在管壁表面移動。

（4）管帽與管身焊接后增加垂直度檢測，管帽與汽提管管頭密封嚴實，提高安裝精度。

（5）加工完成的管帽用高壓空氣吹掃，使小孔和管帽內無異物堵塞。

（6）增加管帽與管身焊縫PT 檢測，提高焊接質量。

改進修復后，對分布管進行阻力降實驗（如表1），出液小孔平均直徑達到Φ2.4±0.05mm，接近新管指標滿足使用條件。

表1 實驗前后阻力降統計

4 分布管修復應用效果

富島公司2700t/d 尿素裝置2017 年8 月大修分布器拆除后，通過阻力降實驗挑選2100 根孔徑較大的分布管進行修復，2000根分布管檢測合格安裝在汽提塔使用。開車后汽提塔出液尿素濃度平均高于設計55.5%（如圖1），出液平均溫度168℃，低于設計173℃（如圖2）達到設計指標。2100根分布管修復費用59萬元，修復利用取得的經濟效益：2000根*0.1588萬元-59萬元=258.6萬元。

圖2 汽提塔出液溫度趨勢

5 結束語

通常分布管小孔增大后直接廢棄，經修復后分布管得到有效利用，延長了分布管使用壽命。通過修復實驗與實際應用，避免加工過程易出現的問題，掌握了修復技術和方法。在同類型裝置設備中具有較高推廣修復使用價值，同時為企業節省較大投資成本。