變換水循環(huán)閥門故障分析與處理

梁志敏

（中海石油化學(xué)股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

1 工藝流程簡介

隸屬于中海石油化學(xué)股份有限公司的天野化是設(shè)計年產(chǎn)52萬噸尿素的大型化肥生產(chǎn)企業(yè)。其中合成裝置變換單元采用高溫一氧化碳變換流程。

氣化崗位送來的原料氣經(jīng)低溫甲醇洗脫硫后，進入增濕塔（DA301），與脫濕塔（DA302）送來的熱水在塔內(nèi)進行傳質(zhì)傳熱，出增濕塔的原料氣進入變換爐進出口換熱器（EA301）及變換爐一段進出口熱器（EA302）加熱。在進入變換爐一段前注入蒸汽和工藝?yán)淠海康氖钦{(diào)整水碳比及床層入口溫度。出變換爐一段的氣體經(jīng)EA302降溫后進入變換爐二段進行變換反應(yīng)，變換之后的原料氣經(jīng)EA301降溫，經(jīng)增濕塔水加熱器（EA303）降溫，經(jīng)進入DA302脫濕，從脫濕塔頂部出來的變換氣，給鍋爐水換熱器（EA307）降溫后，進入1號分液罐（FA301）中分離出工藝?yán)淠海缓蠼?jīng)脫鹽水換熱器（EA306）降溫，再經(jīng)過循環(huán)水換熱器（EA304）降溫，進入2號分液罐（FA302），之后變換氣送低溫甲醇洗脫碳單元。來自增濕塔塔底的工藝水，由增濕塔底泵（GA301A/B）送至脫濕塔。由脫濕塔底泵（GA302A/B）送至增濕塔水加熱器（EA303）中加熱后進入增濕塔。變換氣在1號分液罐（FA301）中分離出冷凝液作為激冷水，由工藝?yán)淠罕?A-GA303A/B)加壓后送入至變換爐前原料氣管線內(nèi)給原料氣降溫。2號分液罐（FA302）的凝液可為DA302塔補充系統(tǒng)水量，多余的凝液，送入工藝?yán)淠崴?DA303)中，用低壓蒸汽汽提，汽提后的凝液經(jīng)汽提塔底泵（GA305A/B）送出系統(tǒng)。

2 FV305閥門基本參數(shù)

閥門通徑：12英寸；閥門形式：雙座調(diào)節(jié)閥；閥桿直徑：25mm；閥桿材質(zhì)：SUS404；閥蓋材質(zhì)：鑄鋼。

3 問題描述

2020年8月17日1:28，變換工段前系統(tǒng)脫硫單元，低溫甲醇洗脫硫塔壓差PD206HI突然出現(xiàn)，變換增濕塔出口原料氣壓力PA301出現(xiàn)低報警，變換單元后系統(tǒng)低溫甲醇洗脫碳單元系統(tǒng)壓力低報警，隨后低溫甲醇洗脫硫塔壓差PD206HI恢復(fù)報警，之后變換爐床層溫度異常上漲，變換工段多處指標(biāo)異常，詳細(xì)異常工況關(guān)鍵指標(biāo)見表1變換異常工況調(diào)整前后關(guān)鍵指標(biāo)對比表中的工況異常值一欄。

4 工況分析

崗位人員同時針對多個異常點展開分析排查。針對系統(tǒng)壓力低報及脫硫單元壓差高報，分析主要原因可能為脫硫單元后有大量原料氣泄漏。考慮隨后壓差報警恢復(fù)的因素，及如果有大量原料氣泄漏，變換觸媒床層溫度將會下降，但實際上床層溫度異常上漲的因素，可排除可燃?xì)獯罅啃孤┰颉Ｗ儞Q床層溫度異常上漲，有以下幾點原因，入口溫度過高、負(fù)荷增大或入口CO含量高，觸媒活性、系統(tǒng)內(nèi)氧含量高，反應(yīng)蒸汽少，或水碳比減少。

變換床層入口溫度345℃,并不高，且當(dāng)時及時增加急冷水FC303量約1t/h，但是床層溫度仍持續(xù)上漲，排除入口溫度導(dǎo)致觸媒溫度持續(xù)上漲的原因。氣化工段工藝流程使用的是shell天然氣部分氧化流程，氣化工段無異常指標(biāo)，CO含量不可能突然增高至變換觸媒床層溫度異常上漲。

排除變換單元入口CO含量高或負(fù)荷增高影響的原因。由于觸媒活性只能隨著使用時間的推移，觸媒粉化流失，或板結(jié)，或粉塵覆蓋在觸媒表面而活性逐漸下降，活性突然轉(zhuǎn)好的可能性極小。由于前系統(tǒng)爐溫正常1250℃，且是部分氧化流程，不可能有多余的氧到后系統(tǒng)。因此排除觸媒活性下降及系統(tǒng)內(nèi)氧含量高的因素。該裝置設(shè)計水碳比為3.67，入口蒸汽加入量少，空速低，將會變換床層上的熱量無法被蒸汽帶走。查看當(dāng)時蒸汽管網(wǎng)蒸汽壓力無異常，加入蒸汽量正常，現(xiàn)場蒸汽閥位正常，因此判斷通過加入蒸汽配入變換的反應(yīng)水蒸氣正常。但變換單元加入蒸汽只占總變換配水蒸汽的一半左右。另一半的水蒸汽由增濕塔提供，增濕塔DA301塔頂溫度持續(xù)下降，液位持續(xù)下降，脫濕塔液位持續(xù)上漲，判斷脫濕塔至增濕塔管線不暢，現(xiàn)場檢查脫濕塔底泵GA302電流19.5A較平時底28A低，檢查GA302入口壓力正常，出口壓力正常但稍偏高，說明泵打壓正常，脫濕塔底至泵出口管線正常，同時說明GA302入口濾網(wǎng)正常。因此故障點鎖定在泵出口至DA302塔管線或EA303換熱器不暢。而管道或換熱器突然堵塞的可能性較小，該管線有一處調(diào)節(jié)閥FV305，現(xiàn)場檢查閥位正常，但該閥門正常運行時震動聲音較大，但事發(fā)時該閥門不再震動，且開關(guān)該閥門工況指標(biāo)無任何反應(yīng)，判斷該閥門異常。后經(jīng)拆檢，發(fā)現(xiàn)閥桿斷開。因此該工況最終結(jié)論為FV305閥門故障，脫濕塔至增濕塔突然斷水，原料氣通過增濕塔入得水蒸氣大幅減少，壓力下降，前系統(tǒng)壓差高報警出現(xiàn)，床層溫度因缺水，無法及時移走熱量導(dǎo)致變換觸媒超溫。由于閥門故障，脫濕塔液位上漲，增濕塔液位下降。原料氣無法通過EA303進行換熱，導(dǎo)致原料氣進入脫濕塔前溫度上漲，水帶至后系統(tǒng)的量增多，LCA301液位下降，LCA302液位先上漲后逐漸下降，溫度升高后將水帶入后系統(tǒng)，GA302打量少，電流低。

該異常工況主要對變換單元有所影響，原因為經(jīng)過鍋爐水，脫鹽水，循環(huán)水降溫分液。但如不及時調(diào)整，變換后CO含量將會持續(xù)上升，影響后系統(tǒng)。

圖1 變換工段流程示意圖

5 風(fēng)險分析

不及時調(diào)整面臨的最大風(fēng)險為觸媒超溫將導(dǎo)致觸媒板結(jié)，影響觸媒壽命。GA302泵入口溫度升高導(dǎo)致汽蝕損壞機泵。增濕塔出口溫度低壓力高導(dǎo)致管線帶水沖刷腐蝕增大，給設(shè)備帶來隱患。增濕塔塔底出口工藝水溫度過低，將導(dǎo)致GA301泵機封及泵殼法蘭易泄漏，脫濕塔原料氣出口溫度高導(dǎo)致原料氣帶入后系統(tǒng)的水量大，分離及處理困難。LCA301液位低、水量少，易導(dǎo)致DA302塔液體體分布器堵塞（經(jīng)常形成結(jié)晶物堵塞分布器口），GA301泵打量少,易損壞設(shè)備。帶入后系統(tǒng)水量大，導(dǎo)致DA303負(fù)荷高，環(huán)保壓力大。DA302原料氣入口溫度T313高，易導(dǎo)致DA302塔氣體分布器堵塞。

6 應(yīng)急處理措施

（1）當(dāng)變換工段前系統(tǒng)脫硫單元脫硫塔壓差PD206HI報警出現(xiàn)及系統(tǒng)壓力低報警后班組立即安排2名現(xiàn)場人員戴空氣呼吸器現(xiàn)場檢查，是否有大的泄漏點。同時安排專人翻看現(xiàn)場監(jiān)控視屏，查看現(xiàn)場可燃?xì)鈭缶瘍x。

（2）為防止觸媒過度超溫,崗位人員迅速加入大量蒸汽，F(xiàn)C301由27t/h增加至41t/h。（前期不夠果斷，增加較緩慢導(dǎo)致變換觸媒超溫）同時增加FC303的激冷水流量，降低變換爐入口溫度。以調(diào)整觸媒溫度，（崗位人員在調(diào)整時，增加激冷水量小，導(dǎo)致觸媒超溫），還可向變換爐內(nèi)通入高壓氮氣將熱量向后帶走（備用措施）。如床溫持續(xù)上漲可減負(fù)荷操作，緊急情況可放空調(diào)整（備用措施）。

（3）班長立即向調(diào)度室、化肥裝置部門領(lǐng)導(dǎo)匯報工況。

（4）崗位人員立即關(guān)小LCV301調(diào)節(jié)閥，維持LCA301液位。

（5）由于加入蒸汽量大LCA302液位上漲迅速，開LCV302塔排液維持液位。開排液時確保地溝封堵，隨時查看現(xiàn)場地溝液位，及時啟動潛水泵送至污水處理，防止發(fā)生環(huán)保事故。

（6）關(guān)小GA301/302機泵機封沖洗水，防止機封泄漏。

（7）LCA304上漲過快時打開現(xiàn)場排放，防止液封。

（8）增加汽提塔蒸汽用量，保證汽提塔有放空。

工況調(diào)整前后指標(biāo)對比保證如表1。

表1 變換異常工況調(diào)整前后關(guān)鍵指標(biāo)對比表

7 處置措施

經(jīng)過評估分析，最終決定采取措施如下：裝置減負(fù)荷減至最低負(fù)50%，將原料氣退至氣化單元后放空，氣化后系統(tǒng)停車，將變換單元隔離、泄壓、置換，抽出閥芯，恢復(fù)運行。正常運行使用GA302泵出口閥調(diào)整循環(huán)水流量。進一步對閥門進行改造：加粗閥桿，將原25mm粗的閥桿加粗至35mm粗閥桿，并配套加粗調(diào)節(jié)閥上法蘭蓋。FV305調(diào)節(jié)閥規(guī)劃增加旁路，防止再此斷裂造成停車損失。

8 分析造成閥桿斷的原因

正常運行時閥門進場處于震動當(dāng)中，長時間震動疲勞導(dǎo)致閥桿斷，調(diào)節(jié)閥前無直管段，彎頭后直接連接閥門導(dǎo)致管線內(nèi)介質(zhì)流動不平穩(wěn)，震動大造成閥桿斷（圖2）。

圖2 斷裂閥桿位置及斷裂表面

9 結(jié)語

遇到該突發(fā)工況，沒有操作經(jīng)驗及預(yù)案的情況下，第一時間應(yīng)果斷組織停車，不至于使觸媒超溫，可以減少次生事故的發(fā)生。在對裝置有足夠了解的情況下，可以大幅度增加蒸汽，同時調(diào)整激冷水量，降低變換入口溫度，以維持觸媒床層穩(wěn)定。在觸媒溫度快速上漲時，應(yīng)大量增加激冷水，大量加入激冷水的原則是調(diào)整變換爐入口溫度不低于觸媒的反應(yīng)活性溫度，即300℃，防止觸媒床層溫度異常。經(jīng)過改造后，后期運行平穩(wěn)。且通過GA302泵出口閥開度的調(diào)整，保證FV305閥門在大閥位上運行，后期該閥門未發(fā)出震動響聲，未再發(fā)生閥桿斷裂現(xiàn)象。對于現(xiàn)場有震動、有響聲的閥門必須高度重視，及時處理。我公司曾因閥門時常震動異響導(dǎo)致合成壓縮機出口止逆閥閥芯一半脫落，導(dǎo)致停車檢修；空壓機低壓閥因長時間震動導(dǎo)致閥桿斷裂，而使全公司停車，此次又是因為閥門長時間震動異響而導(dǎo)致閥桿斷裂。借鑒我公司經(jīng)驗教訓(xùn)，應(yīng)提早處理類似閥門，避免停車事故發(fā)生，減少開停車費用，保證長周期運行。