內冷式吸收塔故障分析及改進措施

郝永輝

(唐山三友化工股份有限公司純堿分公司，河北 唐山 063305)

1 內冷式吸收塔介紹

吸收塔是純堿生產中主要設備之一，塔內氣液兩相逆向流動，淡氨鹽水從塔頂加入自上而下流動，經過洗滌段、冷卻吸收段與從下向上流動的NH3和CO2氣汽混合氣逆流接觸，生成熱氨鹽水從塔中部流出，反應后的氣體從塔頂排出。

我公司采用直徑為φ2800的內冷式吸收塔，塔高33.68 m,由洗滌段、冷卻吸收段、儲桶段組成，材質為HT20-40。其中洗滌段目的是洗滌吸收剩余氨，由七節塔圈組成，頂部為空圈，下面五圈裝有五個泡罩，氣囪，旁邊設有溢流槽，最下部塔圈內裝有分布器一個。冷卻段由8個冷卻水箱和兩節空圈組成，每個水箱有φ51×1.5鈦管378根，每根長2 762 mm，共有3 024根，不僅起冷卻氨鹽水的作用，而且還起到氣液接觸的作用。最下部是儲桶段，作用之一是增加位差，使吸收好的熱氨鹽水能靠靜壓自流入澄清桶內，之二是用于儲存冷卻好的氨鹽水供碳化使用。

2 故障原因分析

我公司共有五臺吸收塔用于生產，使用過程中相繼發生問題，如洗滌段泡罩松動，與氣囪撞擊產生噪音，甚至泡罩脫落，被迫停塔。工藝操作存在吸收效果差，塔內阻力大，操作彈性小等缺點。在停塔檢查時還發現水箱內漏問題，水箱兩側花板孔內部O形圈定位臺全部腐蝕掉，內徑由原來的φ52.5增大到了φ60，并有多根鈦管的密封脫落，密封部位長度由原來的35 mm，最小的變成15 mm，遠遠超出冷卻鈦管與花板的密封尺寸要求，并出現了明顯的石墨化腐蝕，水箱中的冷卻水泄漏到塔內，造成氨鹽水濃度降低，也就是我們常說的水箱內漏。

2.1 洗滌段故障分析

在使用過程中，原泡罩結構由于液體的腐蝕、沖刷，容易造成氣囪與泡罩的連接位置出現縫隙，導致螺栓預緊力降低，固定螺栓松動或脫落，再加上氣體的擾動，使泡罩產生振動，甚至偏斜或脫落在氣囪上，使塔不能正常運行，必須停塔處理。(見圖1)

1.氣囪 2.隔套 3.菌帽 4.連接螺栓

2.2 冷卻段故障分析

由于我公司純堿產量日益增加，直接造成吸收塔負荷加大，特別是夏季經常出現熱頂現象。氣液在塔內接觸時改變了原有的穩定狀態，在水箱花板上下四角處，氣液形成湍流狀態，氨鹽水、氨氣對水箱花板的沖刷腐蝕嚴重，鑄鐵水箱花板材質不能滿足現在生產要求，抗沖刷、抗石墨化腐蝕能力差。這主要是由于吸收塔內的氨鹽水中含有一定量的Cl-，鑄鐵中的鐵素體(α)被選擇性地溶解，即Fe2+與Cl-發生化學反應，因在鐵碳合金的基體組成中以鐵素體的化學穩定性最差，進而從金屬的表面開始向內部均勻地發展，最后只留下一個多孔的石墨基體，也就是我們常說的鑄鐵的石墨化腐蝕。塔內不穩定的氣、液沖刷也有助于加快石墨化腐蝕的速度，這種局部腐蝕的后果對鑄鐵塔本身強度的影響是相當嚴重的。其中第一、二層水箱花板四角處腐蝕最為嚴重，花板孔之間出現了大量被穿透的孔洞。

水箱中的每根冷卻鈦管直徑51 mm,長達2 762 mm,管壁只有1.5 mm,塔內氣液的接觸，反應劇烈，氣體流速較高，鈦管會產生一定的彎度，隨著氣流上下顫動，即鈦管產生了一定的撓度(我們可以把穿于兩花板之間的鈦管看成是兩端不受約束的簡支梁)，在花板的O形圈定位臺被沖刷腐蝕變大后，密封圈就會向塔內方向脫落，再加上冷卻水壓力要比塔內介質壓力高，這樣在此雙重作用下，導致密封失效，冷卻水進入氨鹽水中，造成水箱內漏。我們每年停塔檢修均發現此類問題。

水箱兩端頂部凹槽因雨水或漏液長期積存導致局部腐蝕嚴重，甚至銹透，將造成水箱外漏。

2.3 儲桶段故障分析

儲桶段相對問題較少，主要集中在各進、出口連接法蘭及清理孔漏液上。法蘭口漏液造成密封面腐蝕損壞，使法蘭強度降低，更加劇泄漏問題的發生。

3 改進措施

3.1 洗滌段改進措施

為有效解決洗滌段問題，我們對吸收塔進行了篩板化改造，將原洗滌段塔圈五層菌帽、溢流槽結構改為七層篩板式結構，篩孔板塔主要優點是構造簡單，處理能力大，設備阻力小，能耗低，具有足夠的機械強度和耐腐蝕能力，便于制造和檢修，運行穩定。不足之處是塔的安裝要求嚴格，塔板應保持水平；操作彈性較小。為了保證塔內氣體與液體應有足夠的接觸面積和接觸時間。我們通過計算試驗，最終確定適宜篩板孔徑、孔間距及開孔率。保證氣液兩相應具有強烈擾動，減少傳質阻力，提高吸收效率。同時將原洗滌段下部分布器上移至篩板圈上部，對進液進行初次分布，為使篩板上液層厚度保持均勻，嚴格控制各層篩板的制作和安裝精度，以防止塔偏流。2009年3月2日，我車間1#吸收塔已由泡罩塔改為篩板塔，經過一段時間試運行，發現1#吸收塔與其它塔相比阻力明顯降低，洗滌段壓力降約為0.41 kPa，只占總壓降的 10%。而未改造的3#吸收塔測定洗滌段阻力降為5.97 kPa，比1#吸收塔大5～6 kPa，由此可以認定洗滌段改為篩板后能夠有效降低吸收塔阻力降。

3.2 冷卻段改進措施

1)增加一層水箱，將原八層水箱改為九層，提高塔的應變能力，吸氨生產最大變動因素是在冷熱季節中冷卻水溫相差懸殊，致使冷卻能力變動幅度大，通過增加了一層水箱，加上及時調節冷卻水量，更能夠適應反應區移動，增大吸收區，緩解夏季熱頂問題，同時可節約用水量，提高塔的工作效率。

2)在鑄造水箱時，在鑄件中加入一定配比的抗石墨化腐蝕的Cr、Ni合金元素，提高水箱的耐腐蝕性，減緩水箱花板腐蝕速度，保證密封效果。同時保持鑄鐵塔本身強度。

3)對水箱進行了分體式改造，保證原鈦管位置及數量的前提下，將水箱花板做成分體式，徹底解決因吸收塔水箱花板內漏造成被迫停塔更換水箱的嚴重后果，改造后的分體水箱花板被沖刷腐蝕嚴重到不能使用時，可以臨時停吸收塔，單獨更換備用的分體水箱花板，這樣將大大縮短了檢修時間，節約檢修費用(如圖2)。

1.箱體 2.分體水箱花板Ⅰ 3.分體水箱花板Ⅱ 4.不帶水進出口管水箱蓋 5.帶水進出口管水箱蓋

4)對水箱花板及鈦管密封結構進行改造。原花板與鈦管密封形式為O形圈與止推圈共同密封，這樣的密封結構的缺點是：在花板定位臺被沖刷腐蝕后，密封O形圈容易脫落，造成密封失效。改造后的分體水箱花板孔取消了密封定位臺，改為φ58的通孔，同時原密封O形圈、止推圈改為與鈦管尺寸相配套的一體式密封圈，安裝前先在鈦管孔涂油，密封圈選用天然膠，遇油膨脹，形成可靠密封，從而徹底解決了原花板與鈦管密封失效的問題。

5)為解決鈦管晃動問題，我們將最下面一個水箱最下一排換熱管壁厚增加，提高每根鈦管的剛度，從而起到折流板的作用，對氣流進行緩沖，使上面鈦管保持穩定，保證密封效果。

6)在10#圈進氣口加鈦材質進氣分布器一個，同樣可以使進氣更均勻，避免直接沖擊換熱管，減緩了氣流對鈦管的作用力，有效解決水箱內漏問題(見圖3)。

圖3 10#塔圈進氣分布器

7)為解水箱上部腐蝕問題，我們將水箱凹槽內清理除銹，填充干砂，表面做玻璃鋼封閉處理，避免水箱外腐蝕。

8)再分布器改造，原再分布器開孔較集中，分布效果不好，我們對其也進行了改造，在保持原有開孔數量的情況下，進行合理布局(見圖4)。

圖4 吸收塔再分布器局部

3.3 儲桶段改進措施

儲桶段連接法蘭原為開口槽式改為翻邊法蘭式，這種結構耐腐蝕性強，密封效果好，方便拆卸。在運行中發現漏點后應盡快安排消除，防止法蘭密封面腐蝕。法蘭外表面應及時清理結疤，保持整潔干燥。

4 效果檢查

通過實施以上改進措施，我公司吸收塔已平穩運行近10年，故障率明顯降低，效果良好，徹底消除了設備隱患，有效延長了運行周期，穩定了化工生產，達到了預期的目的。