甲醇合成塔常見(jiàn)故障及處理方法

張 奇

（中海石油建滔化工有限公司，海南東方 572600）

0 引言

中海石油建滔化工有限公司年產(chǎn)80 萬(wàn)噸甲醇裝置由英國(guó)Davy 公司進(jìn)行基礎(chǔ)工藝設(shè)計(jì)，由中國(guó)成達(dá)工程有限公司進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，其中甲醇合成塔（D121/122）為Davy 公司專(zhuān)利設(shè)備，韓國(guó)DOOSAN 公司制造，裝置于2010 年10 月投產(chǎn)。采用以高N2和高CO2含量的天然氣為原料的大型低壓合成甲醇工藝技術(shù)，由轉(zhuǎn)化、壓縮、合成、精餾等工序組成。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

甲醇合成塔為管殼式、立式圓筒型設(shè)備。其內(nèi)部裝填有銅基催化劑。合成塔底部安裝有4 組噴射器，分別對(duì)應(yīng)4 組蒸汽換熱管束，管束內(nèi)有鍋爐水，用于吸收合成過(guò)程中放出的熱量從而產(chǎn)生中壓蒸汽，中壓蒸汽通過(guò)頂部汽包D123/D124 分離后送往蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)。中部安裝有原料氣分布器，原料氣分布器上分布有Φ1 mm 的出氣孔，將混合后的合成氣均勻的導(dǎo)入合成塔內(nèi)，在銅基催化劑的作用下生成甲醇蒸汽和水蒸氣等。合成塔主要部件參數(shù)見(jiàn)表1。

2 甲醇合成塔的常見(jiàn)故障及原因分析

2.1 人孔、接管法蘭泄漏的主要原因

（1）螺栓緊固不均勻。螺栓緊固不均勻會(huì)導(dǎo)致密封墊產(chǎn)生間隙同時(shí)造成泄漏。不均勻的螺栓緊固是由多方面因素引起的。首先是人為因素，安裝時(shí)不對(duì)稱(chēng)的預(yù)緊力會(huì)造成密封面受力不均勻，從而產(chǎn)生泄漏；其次，法蘭錯(cuò)位對(duì)壓緊力有影響，理論上人孔、法蘭壓緊后，密封面是絕對(duì)平行且同心的，但實(shí)際上，其中心線不可能絕對(duì)同心，因此螺栓緊固時(shí)會(huì)對(duì)人孔、法蘭產(chǎn)生彎矩，使其受力不均勻。這種不勻稱(chēng)的連接，使密封面或多或少地發(fā)生變形，從而導(dǎo)致密封面受力不均勻，在運(yùn)行載荷下，容易產(chǎn)生泄漏。

表1 合成塔主要部件參數(shù)

（2）密封墊片失效。密封墊片的失效主要是由于失去了自動(dòng)補(bǔ)償功能，密封墊片的失效是由多方面因素引起的。首先是壓力與溫度變化對(duì)密封墊片泄漏的影響較大。因長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中壓與溫度經(jīng)常變化，使得密封墊片由彈性變形變?yōu)樗苄宰冃危瑥亩箟|片失效而產(chǎn)生泄漏；其次，在安裝時(shí)由于達(dá)不到墊片所需的壓緊力，又或者在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械振動(dòng)造成螺栓松動(dòng)，從而產(chǎn)生泄漏。

（3）密封面腐蝕、損傷。腐蝕、損傷具有普遍性，材料的腐蝕幾乎隨時(shí)隨地都在發(fā)生，而腐蝕也是造成人孔、法蘭泄漏的一個(gè)重要原因。腐蝕、損傷的原因有很多，從微觀來(lái)講人孔法蘭的化學(xué)成分、金相組織等發(fā)生變化，一般會(huì)加促腐蝕；從宏觀來(lái)講，在人孔法蘭的鍛造、切削過(guò)程中，應(yīng)力集中、氣蝕等也會(huì)造成密封面腐蝕損傷。

2.2 蒸汽噴頭堵塞或損壞的主要原因

（1）沖刷腐蝕噴頭損壞。當(dāng)高流速的蒸汽通過(guò)噴頭孔處金屬表面時(shí)，就會(huì)對(duì)蒸汽噴頭孔發(fā)生沖刷腐蝕的不良影響，形成蒸汽噴頭壓力下降、噴入每根換熱管的蒸汽量也無(wú)章可循。蒸汽噴頭發(fā)生腐蝕的機(jī)率取決于蒸汽的流速、噴淋的壓力和溫度。

（2）操作不當(dāng)引起蒸汽噴頭變形。在蒸汽調(diào)節(jié)過(guò)程中壓力提升過(guò)高會(huì)造成噴頭爆裂，若壓力下降過(guò)快則會(huì)造成噴頭變癟，尤其是在開(kāi)停車(chē)過(guò)程中需更加小心，嚴(yán)格按照操作規(guī)程增加或減少蒸汽進(jìn)入量。

（3）噴汽不暢造成蒸汽噴頭損壞。蒸汽管道內(nèi)及其微小的雜質(zhì)在蒸汽噴頭內(nèi)部或外部邊際的堆積會(huì)形成蒸汽噴頭的流轉(zhuǎn)不暢。這將影響噴頭的噴汽效果。

（4）高溫蒸汽造成噴頭損壞，蒸汽噴頭長(zhǎng)時(shí)間在高溫或反常溫度下工作，會(huì)造成噴頭因材料、金相組織或噴汽孔形狀產(chǎn)生變化而遭到損壞，影響高壓噴頭的正常作業(yè)。

2.3 管束減薄泄漏或與管板之間焊縫泄漏的主要原因

（1）沖蝕。沖蝕又叫磨損腐蝕，在此設(shè)備中主要表現(xiàn)為氣體及其混合物的運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)與金屬之間產(chǎn)生切應(yīng)力，不斷剝離金屬表面或腐蝕產(chǎn)物，從而形成快速腐蝕。甲醇合成塔進(jìn)出口接管和換熱管束進(jìn)出口由于流速較快，極易在短時(shí)間內(nèi)造成沖刷磨損，從而形成局部嚴(yán)重腐蝕。

（2）機(jī)械磨損。振動(dòng)時(shí)在管板焊接處所受彎曲應(yīng)力最大，當(dāng)延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)管壁會(huì)出現(xiàn)疲勞，如果管子的材料存在裂紋且裂紋處于應(yīng)力場(chǎng)中的關(guān)鍵部位，同時(shí)還受到腐蝕與沖蝕的作用，疲勞破壞會(huì)加速。其次許多換熱器在檢修中都會(huì)將管束抽出，此時(shí)易在殼體上產(chǎn)生劃痕，破壞金屬表面的結(jié)構(gòu)，造成介質(zhì)積聚，繼而引發(fā)縫隙腐蝕、孔蝕等。

（3）熱疲勞。在甲醇合成塔中，殼程和管程的溫差會(huì)引起殼體及管束的軸向應(yīng)力以及管板與換熱管焊接接頭殘余應(yīng)力變化。當(dāng)軸向應(yīng)力大于拉脫力時(shí)就可能引起管板與管束的連接部位開(kāi)裂，此種裂紋一般由一個(gè)管孔邊緣沿孔橋向另一個(gè)管孔延伸，管板沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的變化。

3 甲醇合成塔常見(jiàn)故障處理方法

3.1 人孔、接管法蘭泄漏處理方法

（1）按規(guī)定使用液壓扳手、氣動(dòng)扳手、敲擊扳手等工具，根據(jù)不同螺栓個(gè)數(shù)采用如圖1 所示的緊固順序，按照規(guī)定的預(yù)緊力緊固螺栓。若螺栓遇到輕微的咬傷、拉毛或幾何變形等缺陷時(shí)可采用加入少量研磨砂對(duì)研的方法修復(fù)，若不能修復(fù)應(yīng)予以更換；若存在裂紋或影響強(qiáng)度的缺陷，應(yīng)及時(shí)予以更換。

（2）對(duì)于金屬環(huán)墊來(lái)說(shuō)，可根據(jù)情況采用研磨加金屬修補(bǔ)劑的方法修復(fù)或者更換墊片，對(duì)于纏繞墊來(lái)說(shuō)一般采用直接更換的方式。

（3）根據(jù)腐蝕損傷程度選擇打磨、機(jī)械光刀、補(bǔ)焊、研磨等處理方式，修復(fù)后最大允許表面粗糙度Ra1.6 且密封面的平面度不應(yīng)大于0.1 mm。密封面若有輕度劃傷、腐蝕溝槽及表面粗糙等缺陷時(shí)，可采用細(xì)砂紙或油石修復(fù)；密封面若出現(xiàn)較大深度的機(jī)械損傷和腐蝕溝槽等缺陷，可采用機(jī)械光刀方法修復(fù)，上下密封面光刀深度之和應(yīng)小于4 mm；密封面嚴(yán)重?fù)p傷和腐蝕，不能用光刀法修復(fù)時(shí)，采用TIG-R31 焊絲焊接修補(bǔ)后再光刀、研磨的辦法修復(fù)。

3.2 蒸汽噴頭堵塞或損壞處理方法

3.2.1 蒸汽噴頭修復(fù)

（1）拆裝噴頭法蘭螺栓，抽出中間帶有噴頭的法蘭，檢查內(nèi)部噴頭支架是否完好，若損壞則需拆下更換；

（2）拆下噴頭，清洗或更換，檢查中間法蘭螺紋孔是否損壞，若損壞則使用板牙修復(fù)；

（3）檢查大蓋密封面有無(wú)徑向劃痕，若有則要光刀處理，若劃痕較深則需要補(bǔ)焊后再光刀處理；

（4）檢查噴頭外表的腐蝕坑、刻痕深度≤1 mm 可不用處理，若深度較深時(shí)則需要補(bǔ)焊后打磨圓滑過(guò)渡；

（5）回裝噴頭支架，回裝噴頭，回裝中間帶噴頭的法蘭，回裝大蓋螺栓、上好密封墊緊固好連接螺栓，恢復(fù)保溫。

3.2.2 工藝參數(shù)調(diào)整

若發(fā)現(xiàn)蒸汽噴頭變形，或因高溫引起的噴頭損壞應(yīng)及時(shí)調(diào)整溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)，以保證進(jìn)入合成塔內(nèi)部蒸汽量的穩(wěn)定。

3.3 管束減薄泄漏或與管板之間焊縫泄漏處理方法

3.3.1 合成塔蒸汽換熱管束發(fā)生減薄或泄漏

應(yīng)采取堵管的方式處理，具體方法如下。

（1）因蒸合成塔管程無(wú)人孔，若要進(jìn)入內(nèi)部需切除合成塔上部蒸汽出口管約800 mm 長(zhǎng)，打開(kāi)下部封頭法蘭；

（2）加工與換熱管同材料錐形堵頭（換熱管型號(hào)O.D31.8×t3.4，材料SA213-T22）；

（3）清理干凈堵管周?chē)臀鄣扰K物；

（4）將錐形堵頭嵌入需要堵管的管頭；

（5）采用熱輸入較小的方式進(jìn)行密封焊接；

（6）焊后應(yīng)做著色探傷，合格后方可進(jìn)行下一步工作；

（7）更換切除的蒸汽入口/出口管，焊接完成后X 射線探傷合格。

3.3.2 合成塔蒸汽換熱管板發(fā)生泄漏

一般采用打磨補(bǔ)焊處理，具體方法如下。

（1）進(jìn)入方法同3.2.1（1）；

（2）使用著色探傷法找出并標(biāo)記泄漏點(diǎn)；

（3）使用小型磨具打磨裂紋處焊縫再進(jìn)行著色探傷直至裂紋消失；

（4）當(dāng)裂紋全部消失后用焊絲補(bǔ)焊處理，焊后著色探傷合格。

4 總結(jié)

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，造成甲醇合成塔出現(xiàn)故障的原因是多種多樣的。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行總結(jié)，找出影響甲醇合成塔運(yùn)行的多種因素，并進(jìn)行歸納總結(jié)，提出解決方案與措施，以保障甲醇合成塔的平穩(wěn)運(yùn)行，減少不必要的損失。