膨脹機壓差上漲原因分析與處理

孫 鋮

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

中海石油化學股份有限公司化肥二期合成氨裝置（450rt/a）采用凱洛格布朗路特公司（簡稱KBR）組合合成氨工藝技術。其核心工藝為KBR 深冷凈化工藝，KBR 凈化器是唯一能夠處理高濃度N2和CO2原料氣的工藝，KBR 凈化器由一臺帶有直接驅動式發電機的渦輪膨脹機131JX 和冷箱137L 組合而成。膨脹機131JX 是美國GE Rotoflow 公司生產的，型號：60-19EIP；冷箱137L 是由德國LINDE AG 公司生產制造的。自2003年10月投產以來一直運行穩定，膨脹機壓差在200kPa左右。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程簡圖

109DA/DB 為分子篩干燥劑； 154DA/DB 為分子篩出口過濾器； 183C 為分子篩再生氣加熱器； 132C/133C 為冷箱進出口換熱器 ；131JX 為膨脹機 ；137D 為凈化器精餾塔

1 故障發生過程

膨脹機131JX 壓差從2014年9月底開始有逐漸上漲的趨勢，到11月4日已經從200kPa 漲到了255kPa，特別是從10月22日開始出現加速上漲，見圖2。

聯系儀表人員對差壓表進行了檢查，確認儀表正常，從膨脹機發電機131JG 的輸出電流趨勢也可以確認壓差是真實的上漲，見圖3。從冷箱入口工藝氣在線水含量分析結果趨勢看，水含量在（0.013～0.030）×10-6之間波動，遠小于設計值1×10-6（ppm），分子篩干燥器運行正常，見圖4。當時裝置系統負荷也比較穩定，沒有大的調整，由此判斷裝置中出現了設備故障。為此對膨脹機壓差上漲原因進行深入排查和分析。

圖2 膨脹機壓差上漲趨勢

圖3 膨脹機壓差上漲趨勢與膨脹機發電機輸出電流趨勢對比

圖4 膨脹機壓差上漲趨勢與在線水分析趨勢對比

2 可能的原因分析

2.1 精餾塔137D內件損壞

精餾塔內件損壞，影響氣液相之間的傳質，氮氣、甲烷等的冷凝量降低，137D 液位下降，為了維持冷箱液位，迫使提高膨脹機壓差。

2.2 分子篩出口過濾器濾袋破損

分子篩出口過濾器濾袋破損，大量粉塵和破碎的氧化鋁瓷球進入冷箱換熱器，堵塞換熱器，降低換熱器換熱效率，為維持冷箱冷量，迫使提高膨脹機壓差。

2.3 分子篩再生氣加熱器183C換熱管泄漏

183C 換熱管泄漏，分子篩再生時，再生廢氣串入中壓蒸汽，用含蒸汽的廢氣再生分子篩，使再生效果下降，分子篩再生不徹底，使分子篩水分穿透，進入冷箱的工藝氣含水，水在冷箱進出口換熱器壁結冰，降低了換熱器的換熱效率。

2.4 183C換熱管泄漏與濾袋破損共同作用

分子篩粉塵比較干燥，不易堵塞換熱器，除非是顆粒比較大，如果有水進入冷箱，在水分結冰時混入分子篩粉塵，使換熱器結垢，會加快換熱器換熱效率的下降。

2.5 分子篩穿透

由于分子篩運行已經到了更換周期末期，分子篩可能已經粉化嚴重，吸附性能下降，另外，由于183C 內漏，再生不徹底，多種原因造成了分子篩的穿透，水進入冷箱，在換熱器壁凝結，降低了換熱器的換熱效率。

3 針對可能的原因進行的排查

1）精餾塔137D 內件損壞，目前只能通過運行數據進行分析，從趨勢分析，精餾塔壓差正常，可排除塔內件損壞的可能。

2）針對分子篩出口過濾器濾袋是否破損，現場通過154DA/B 底部導淋排放檢查，未發現有粉塵，雖然不能由此判斷過濾器濾袋完好，至少可以說明即使有損壞也不嚴重。

3）針對183C 換熱管是否泄漏，在分子篩加熱再生步驟時，接臨時取樣管分析183C 出口廢氣露點，分析結果為-52℃，明顯含水。另外，在分子篩冷卻步驟，把183C 蒸汽完全切除后，對蒸汽側進行測爆，發現有可燃氣，初步判斷183C 內漏。在分子篩冷卻階段，在線切除蒸汽后拆開封頭進行換熱管測漏，發現蒸汽入口側管板與換熱管脹接部位存在大面積的滲漏（測漏壓力0.160MPa），183C 總共176 條U 型管，其中105 條管板處滲漏。由此判斷，183C 泄漏使分子篩再生不徹底，從而引起分子篩水穿透，進入冷箱結冰，是導致換熱器效率下降，從而引起膨脹機壓差上漲的主要原因。是否有其他原因，在消除183C 漏點后，觀察各項參數的變化再做進一步的分析。

4 初步處理情況

分子篩再生加熱器183C 換熱器管束為U 型管，換熱管數量176根，共發現泄漏換熱管根數105根。換熱管與管板連接部位沒有采取焊接形式，而是采用強度脹接形式，此次發現泄漏的位置正是換熱管與管板脹接部位。在正常生產中由于殼側有0.16MPa 的工藝廢氣無法切除，只能采用脹管器臨時修復。183C 經過脹管處理后，膨脹機壓差上漲速度明顯得到控制，冷箱穩定運行了3個月后，2015年2月8日系統惡化，冷箱液位持續下降，膨脹機進出口溫度明顯上漲，為了維持膨脹機出口溫度，維持冷箱液位，膨脹機壓差提到了450kPa，見圖5。

圖5 膨脹機壓差上漲趨勢

5 停車檢修處理

1）對183C 換熱管管板處進行清根焊接處理，解決換熱器泄漏問題。

2）冷箱解凍，通過導淋排出大量水，熱氮干燥后對冷箱進行爆破吹掃，吹掃出分子篩粉塵。

3）更換分子篩干燥劑，取樣送檢發現分子篩干燥劑因泡水而導致吸附能力和強度均明顯下降。4）檢查更換分子篩干燥器出口過濾器濾袋。5）開車過程中冷箱進行工藝氣干燥。

6 結束語

本合成氨裝置分子篩再生氣加熱器經過多次脹接和補焊，管板已劣化，不具備修復價值，2019年檢修時進行更換，新換的設備管子和管板的連接方式由原來的“強度脹脹接”變更為“脹接加密封焊”的方式。冷箱經過多次的爆破吹掃，冷箱進出口換熱器也基本恢復了原來的換熱效率，膨脹機壓差降到了設計值220kPa 左右。