電解金屬錳氨蒸發(fā)器列管泄漏原因分析及對策

李建軍，王建任，何賢明，韓俊杰

(中信大錳礦業(yè)有限責任公司天等錳礦分公司，廣西 天等 532807)

配氨水工序是中信大錳(天等)新材料有限公司生產(chǎn)輔助工序，主要負責向化合工序、電解工序提供合格的氨水，配氨水工序的好壞直接關系到整個電解金屬錳生產(chǎn)能否正常運行，氨蒸發(fā)器列管泄漏，直接影響本裝置和供氨水系統(tǒng)的安全連續(xù)運行，而且設備檢修、更新工作繁重，同時影響到了生產(chǎn)。針對這些狀況，查找影響的因素，為今后防止和減少同類失效事故發(fā)生提供依據(jù)和對策，保證設備使用的安全性和確保生產(chǎn)能夠穩(wěn)定持續(xù)運行。

1 氨蒸發(fā)器列管泄漏檢查

車間在1號氨蒸發(fā)器剛剛投入運行時，操作人員反映在氨水工序的循環(huán)水池旁聞到比較濃的氨味，而且發(fā)現(xiàn)氨蒸發(fā)器及出口管道全部結霜的現(xiàn)象，并聽到氨蒸發(fā)器有異常響聲;氨蒸發(fā)器當時遠程壓力顯示液位只有0.03 t，現(xiàn)場看不到液位，氨蒸發(fā)器壓力為0.4 MPa，閥門開度只有1/4。根據(jù)上述情況，操作人員立即將1號氨蒸發(fā)器解列，并將2號氨蒸發(fā)器投入運行，通過母管向外供氨水，以保證電解生產(chǎn)正常運行。

事后組織維修人員對氨蒸發(fā)器進行解體檢查，具體步驟：a檢查氨蒸發(fā)器筒體外觀;b檢查氨蒸發(fā)器泄漏量。通過對蒸發(fā)器殼程進行加水檢漏，發(fā)現(xiàn)該氨蒸發(fā)器列管泄漏嚴重，有19根列管泄漏，列管泄漏點靠近蒸發(fā)器列管循環(huán)水出口端;c檢查氨蒸發(fā)器列管爆裂段。采用擴張法，把泄漏比較重的列管焊接部分擴開，通過人工把這條列管拉出來，從拉出來的管道表面看，管道外側無腐蝕，經(jīng)檢查列管中有1段管已爆裂，裂縫長約100 mm，裂口沿軸向分布，裂口處管道直徑明顯增粗，在與裂口連接的管道內有1段腐蝕比較嚴重，其他部分基本無內腐蝕。

2 氨蒸發(fā)器列管爆裂原因分析

2.1 現(xiàn)象分析

氨蒸發(fā)器列管突然爆開，液氨進入氨蒸發(fā)器列管，與水發(fā)生化學反應，產(chǎn)生氨水，氨水隨著循環(huán)水回到循環(huán)水池中，循環(huán)水池是敞開式的，氨水中的氨蒸發(fā)出來，所以在循環(huán)水池旁聞到比較濃的氨味;由于氨與水反應是放熱反應，放出大量熱量，隨著溫度的升高，氨蒸發(fā)器內的液氨加劇氣化成氣氨，大量的氣氨涌向高位吸氨器，液氨蒸發(fā)成氣氨，吸收大量熱量，氨蒸發(fā)器和出口管道沒有保冷層，氨直接從空氣中吸收熱量，引起設備周圍空氣溫度下降，空氣中的飽和水附在設備和管道外壁上，從而出現(xiàn)氨蒸發(fā)器及出口管道結霜的現(xiàn)象;同時，由于氨蒸發(fā)器內外溫差產(chǎn)生的應力，造成氨蒸發(fā)器發(fā)出異常的響聲［1-3］。

拆開氨蒸發(fā)器兩端封頭，對其筒體兩端列管口進行檢查，發(fā)現(xiàn)列管內側有銹斑，腐蝕不嚴重，屬輕度腐蝕。

2.2 事故原因分析

1)不良操作習慣導致列管凍裂

氨蒸發(fā)器運行為間歇操作，工作結束前，必須將殼程內液氨蒸發(fā)完，蒸發(fā)器內的循環(huán)水排凈。由于實際生產(chǎn)中每天運行需開停車幾次，每次停車的時間只有2～3 h，操作人員主觀認為停車時間不長，因此每次停車后并沒有排循環(huán)水，然而蒸發(fā)器內的液氨只是大部分蒸發(fā)完，容器內還殘存少量液氨，極易發(fā)生氨蒸發(fā)器列管凍裂情況。從現(xiàn)場列管爆裂的位置看，發(fā)生氨蒸發(fā)器列管凍裂全部在氨蒸發(fā)器循環(huán)水出口端位置，該位置是循環(huán)水中溫度最低點，當水停止流動，該處的列管極容易被凍裂。

2)頻繁操作進液氨旁路閥門

由于調節(jié)閥存在缺陷問題，操作人員靠打開旁路閥門加氨，在1個工作日中，操作人員完全憑操作經(jīng)驗頻繁啟閉進液氨閥門，以控制蒸發(fā)器內液氨的液位，在這種交變的操作壓力下會引起機械應力的交變;同樣，操作溫度也在一定的范圍內不停地變化，而引起熱應力的交變。氨蒸發(fā)器經(jīng)常運行在這種交變載荷下，由于變應力作用，也會導致列管萌發(fā)疲勞裂紋，并擴展為低循環(huán)疲勞失效。

3)氨蒸發(fā)器底部積液罐設計偏大

氨蒸發(fā)器底部有1個積液罐，由于積液罐設計容積偏大，其底部集結的液氨較多，而現(xiàn)場液位計又無法正常顯示其真實液位，會造成液氨蒸發(fā)器停車時液氨無法全部排盡，極易導致蒸發(fā)器列管凍裂。

4)列管工作溫度偏低

氨蒸發(fā)器列管采用20號鋼，使用的溫度下限為－20℃;當氨蒸發(fā)壓力在0.2 MPa狀態(tài)下運行，液氨蒸發(fā)溫度就會在－20℃左右;而經(jīng)常工作在材料設計溫度的下限，會使列管脆性斷裂的可能性增大，也會容易引起列管泄漏事件。

5)列管材質及制造存在問題

氨蒸發(fā)器殼程有液氨，此介質對碳鋼和低合金鋼材料不會引起較大的嚴重腐蝕，但當材料的局部鈍化膜不完整或被破壞后，就會給腐蝕創(chuàng)造條件。由于制造加工、修理改造的殘余應力，以及結構上形成的應力集中點，如列管與折流板交界處存在應力集中狀況，使管子在拉應力和腐蝕性介質聯(lián)合作用下誘發(fā)應力腐蝕，可能出現(xiàn)脆性破壞，或者產(chǎn)生微小裂紋，產(chǎn)生其他破壞形式的隱患。

綜合上述，本次氨蒸發(fā)器列管泄漏的主要原因是操作不規(guī)范，不嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程釀成結果。

3 預防措施

1)更換泄漏的列管

目前氨蒸發(fā)器爆裂的列管有19條，其他的列管沒有問題，只需要更換泄漏的19根列管。其他列管待有機會時將其全部更換為耐低溫32無縫管，提高氨蒸發(fā)器列管使用的安全性、可靠性。

2)完善操作規(guī)程

由于配氨工序為間歇操作，在短期停車時，要求循環(huán)水系統(tǒng)不停車;如果需要長期停車，在停車前，需將氨蒸發(fā)器內的液氨全部蒸發(fā)完(含氨蒸發(fā)器底部);并且循環(huán)水系統(tǒng)繼續(xù)打循環(huán)，直至氨蒸發(fā)器外部看不到水痕為止，并將蒸發(fā)器內的循環(huán)水排凈。

3)完善儀表控制系統(tǒng)

目前配氨工序儀表控制系統(tǒng)使用不穩(wěn)定，液位不準，調節(jié)閥不靈活。要求對儀表系統(tǒng)逐一進行檢查、調試，為配氨操作人員提供安全、穩(wěn)定、可靠的監(jiān)視控制系統(tǒng)。

4)審核氨蒸發(fā)器底部積液罐容積

審核氨蒸發(fā)器底部積液罐容積，確保積液罐容積設計、制造、安裝、調試、試驗及檢查、試運行、考核、最終交付等應符合相關的中國法律及規(guī)范，消除氨蒸發(fā)器列管凍裂的潛在隱患。

5)完善工藝控制指標

由于氨蒸發(fā)器列管的材質為20號鋼，使用的溫度下限為－20℃。為避免列管產(chǎn)生脆性斷裂，將氨蒸發(fā)器蒸發(fā)壓力控制在0.4～0.6 MPa，確保液氨蒸發(fā)溫度在0℃以上運行。

6)循環(huán)水處理

從現(xiàn)場看，循環(huán)水質很差，配氨工序使用時間較長時容易堵塞列管，為了防止循環(huán)水帶污泥或雜物進入氨蒸發(fā)器列管，引起氨蒸發(fā)器列管堵塞或結垢，建議對循環(huán)水進行過濾處理。

7)技能培訓與管理

加強崗位員工培訓，提高崗位員工的操作技能［4］;強化操作人員持證上崗的管理;強化配氨工序檢查和考核的管理，不斷提高員工的負責任心，確保配氨水工序裝置安全穩(wěn)定運行。

4 結語

液氨蒸發(fā)器自從更換耐低溫32無縫管后運行穩(wěn)定，未再發(fā)生列管泄漏事故，蒸發(fā)能力也得到明顯提高，能同時滿足3萬t/a電解金屬錳廠生產(chǎn)用氨需求，確保了生產(chǎn)能夠正常運行。

［1］沈佩文.氨蒸發(fā)器列管爆裂的原因分析［J］.化工生產(chǎn)與技術，2003，10(3)：36－37.

［2］周德紅，趙云勝，胡敏濤，等.合成氨廠液氨儲罐泄漏環(huán)境風險分析［J］.安全與環(huán)境工程，2009，16(2)：101－104.

［3］鄭楊煒，謝殿榮，何衍興，等.基于MATLAB的液氨泄漏環(huán)境風險分析［J］.安全與環(huán)境工程，2010，17(1)：41－44.

［4］林允明.設備管理［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.