大型煤化工裝置火炬分子封損壞原因及解決措施

朱白欽，盧林棟

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

1 裝置概況

河南龍宇煤化工有限公司一期50 萬(wàn)噸/年甲醇裝置，火炬管線為DN800 mm 管線，設(shè)計(jì)壓力等級(jí)為0.2 MPa，最大泄放量為22×104Nm3/h，主要用于收集一期氣化、甲醇變換、甲醇酸脫、甲醇合成、氫回收等裝置開(kāi)停車放空氣、安全閥泄壓放空和正常生產(chǎn)壓力調(diào)整的馳放氣放空，氣體收集后通過(guò)90 m 高火炬燃燒后排放?；鹁娣趴展芫€沿途每隔30 m 左右設(shè)計(jì)有排水導(dǎo)淋，末端配套有氣液分離罐、水封罐、分子封等附屬安全設(shè)施。

火炬系統(tǒng)分子封的作用為火炬單元的安全設(shè)備，保證在火炬氣中斷后阻止空氣倒流到火炬筒體內(nèi)，確保再次排放時(shí)不發(fā)生回火或爆炸，確?；鹁嬖O(shè)施及生產(chǎn)裝置的安全。分子封的工作原理為利用氮?dú)庾髅芊鈿怏w，將燃料氣充滿分子封折流筒體的頂部，在該區(qū)域內(nèi)形成微正壓。當(dāng)?shù)獨(dú)庠谄鋬?nèi)的流動(dòng)速度略大于空氣的分子擴(kuò)散速度時(shí)，即可在分子封折流筒體的頂部長(zhǎng)期形成一個(gè)不含空氣的微正壓區(qū)域，達(dá)到阻止空氣倒流至火炬筒體內(nèi)的目的。

該裝置所用的主火炬分子封，型號(hào)MS-800B，折流板型氮?dú)饷芊夥肿臃?，主體材料為16MnR，其他參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 分子封參數(shù)

2018年5月甲醇酸脫換熱器故障臨時(shí)檢修，采取在變換裝置在變換閥門送火炬放空。在放空期間壓力從57 kPa 突然上升至104.69 kPa 滿量程，火炬總管突然出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，系統(tǒng)緊急停車處理。打開(kāi)分子封檢查孔對(duì)內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)分子封鐘罩與分子封筒體焊接處脫落（圖1）。

圖1 分子封鐘罩與分子封筒體焊接處脫落

2 故障原因分析

初步原因分析，首先對(duì)所有火炬排氣點(diǎn)壓力情況進(jìn)行排查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常泄壓情況，其次經(jīng)過(guò)對(duì)7 處導(dǎo)淋進(jìn)行排水，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)管內(nèi)積液情況，基本排除了異常泄壓及水擊導(dǎo)致管網(wǎng)超壓可能。在排除異常泄壓及水擊導(dǎo)致管網(wǎng)超壓可能后，拆開(kāi)檢查了氣液分離罐和水封罐，內(nèi)部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，排除封堵造成管道超壓原因。最后對(duì)分子封檢查發(fā)現(xiàn)分子封鐘罩與分子封筒體焊接處脫落，鐘罩隨氣流上升，堵塞分子封出口，導(dǎo)致火炬管線超壓并出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。

3 分子封損壞原因分析

（1）原始設(shè)計(jì)中，分子封鐘罩與筒體下部?jī)H有4 個(gè)焊接固定點(diǎn)，上部有4 個(gè)未焊接導(dǎo)向點(diǎn)，正常使用時(shí)會(huì)導(dǎo)致鐘罩小幅擺動(dòng)，易造成下部焊接點(diǎn)疲勞。

（2）分子封鐘罩與筒體支撐板焊接口，分子封內(nèi)件間焊接質(zhì)量存在嚴(yán)重問(wèn)題，部分焊縫未焊透，焊縫結(jié)構(gòu)不符合規(guī)范要求。

（3）分子封鐘罩與支撐板焊縫處未做加強(qiáng)措施，強(qiáng)度不夠，容易出現(xiàn)疲勞斷裂。

（4）分子封鐘罩材料原設(shè)計(jì)為16MnR，運(yùn)行期間易被火炬氣沖刷、腐蝕，造成鐘罩減薄、強(qiáng)度下降。

（5）火炬系統(tǒng)由于距離地面90 m，日常運(yùn)行不具備檢查條件，即使大修期間分子封沒(méi)有人孔，內(nèi)部無(wú)法檢查，導(dǎo)致焊接質(zhì)量問(wèn)題一直沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。

4 解決及防范措施

（1）根據(jù)損壞原因情況，從技術(shù)上在分子封上部對(duì)內(nèi)鐘罩固定方式進(jìn)行了技術(shù)改造，在內(nèi)鐘罩頂部增加4 個(gè)支撐鋼管（外徑114 mm×8 mm，材料為20#鋼），避免內(nèi)鐘罩脫落再次發(fā)生憋壓現(xiàn)象。

（2）在分子封底部增加了4 個(gè)支撐腿，將原有的支撐板復(fù)原焊接到原筒體上，要求連續(xù)焊，保證下部焊接質(zhì)量（圖2）。

（3）將分子封吊裝至地面，按照重新設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行加固改造，將外筒切割開(kāi)，焊接底部支撐，復(fù)原原支撐板，并在兩邊加補(bǔ)強(qiáng)板，然后將外筒復(fù)原，組對(duì)時(shí)注意內(nèi)外筒體中心線同心，筒體保證直線度，焊接所有焊縫外觀進(jìn)行著色檢驗(yàn)。

（4）強(qiáng)化火炬系統(tǒng)計(jì)劃維護(hù)檢修，大修期間應(yīng)把火炬分子封列入必檢項(xiàng)目，全面檢查。

（5）分子封材料由16MnR 升級(jí)為310S，避免銹蝕問(wèn)題出現(xiàn)。

圖2 改造后的底部

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)分子封損壞的原因分析，采取了改造防范措施，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，在2019年9月大修中對(duì)分子封檢查焊接部位進(jìn)行全面檢測(cè)均合格，保證了火炬系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。