液氨輸送管道堵塞原因分析

谷國(guó)華

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪271100)

液氨輸送管道堵塞原因分析

谷國(guó)華

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪271100)

冷軋鋼板退火使用液氨制氮,在輸送液氨管道中經(jīng)常發(fā)生堵塞。通過(guò)X射線定性和定量分析,得出液氨管道堵塞與液氨在當(dāng)前輸送條件下發(fā)生銨鹽結(jié)晶有關(guān)。

液氨;堵塞;銨鹽結(jié)晶

1 引言

冷軋鋼帶退火保護(hù)氣通常使用氨分解,制氮機(jī)氨分解和制氫發(fā)生裝置都是以液氨為原料,經(jīng)汽化后將氨氣加熱到一定溫度,在催化劑作用下,氨發(fā)生分解成氫氮混合氣體,液氨氣化預(yù)熱后進(jìn)入裝有催化劑的分解爐,在一定溫度壓力和催化劑的作用下氨即分解,產(chǎn)生含氫75%、氮25%的混合氣,氣體經(jīng)熱交換器和冷卻器及流量計(jì)后,可進(jìn)行純化處理或直接使用。某冷軋薄板廠在進(jìn)行液氨輸送管道中經(jīng)常發(fā)生堵塞,造成生產(chǎn)用液氨不能正常供應(yīng),現(xiàn)就來(lái)樣液氨管道堵塞物進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)方法

對(duì)發(fā)生堵塞管道部位進(jìn)行宏觀分析。使用英國(guó)INCA Energy X衍射能譜儀進(jìn)行X射線能譜分析,使用日本ZXS100e 5700 X射線熒光分析儀定量分析方法確認(rèn)堵塞物的主要成分,使用灼燒法測(cè)定固體不揮發(fā)物含量。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 宏觀特征

發(fā)生堵塞的管道見(jiàn)圖1,堵塞發(fā)生控制閥門(mén)連接處,閥門(mén)的開(kāi)關(guān)直接影響流體流動(dòng)方式發(fā)生改變,對(duì)流體的粘滯產(chǎn)生一定影響見(jiàn)圖2。使用人工方法將堵塞物進(jìn)行清理和收集見(jiàn)圖3,收集到的堵塞物(見(jiàn)圖3中工人手持紙杯內(nèi)物質(zhì))為不規(guī)則固體物質(zhì),相對(duì)較大塊狀聚集物以結(jié)晶狀物質(zhì)為主(見(jiàn)圖4中左上角堵塞物),紅褐色粉固狀物質(zhì)(見(jiàn)圖4中右下角)有強(qiáng)烈刺鼻的化肥味道,堵塞物存在很大的揮發(fā)性。

圖1 冷軋廠發(fā)生堵塞的液氨管道位置

圖2 發(fā)生堵塞的閥門(mén)截面圖

根據(jù)圖5中衍射圖譜顯示,堵塞物中主要物質(zhì)為銨鹽,根據(jù)特征峰推測(cè)樣品中可能的物質(zhì)見(jiàn)圖5右側(cè)所示,這些物質(zhì)具有不穩(wěn)定性,受熱極易揮發(fā)。

圖3 堵塞物的的取樣位置

圖4 堵塞物的近貌

圖5 堵塞物的X射線衍射圖譜

3.2 重量分析與熒光分析

因?yàn)闃悠酚泻艽蟮膿]發(fā)性,銨鹽也存在極大的不穩(wěn)定性,故對(duì)樣品進(jìn)行灼燒處理,取少量樣品5g進(jìn)行灼燒,灼燒后稱(chēng)重0.8g,灼燒殘余占總?cè)訕悠妨康?.8÷5×100%= 16%。故堵塞物中的主要物質(zhì)為可灼燒分解的銨鹽,約占84%。

對(duì)灼燒剩余殘?jiān)臒晒鈾z測(cè)結(jié)果顯示,液氨管道堵塞物灼燒殘?jiān)訟l(氧化物比重44.5%)和Zn(氧化物比重41.8%)為主的雜質(zhì)化合物,含有極少量的Fe、Cr、Mg的氧化物。

表1 堵塞物樣品灼燒后殘余固體物主要組織成分

4 分析討論

液氨管道堵塞物的X射線衍射譜圖顯示該種物質(zhì)中不存在C元素和Fe元素(X射線衍射不能測(cè)定微量成分),熒光分析中Fe的含量也很少。因?yàn)檩斔鸵喊钡墓艿罏樘间摴?若液氨在使用過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)或者因腐蝕造成管道堵塞,堵塞物中必定存在較大量Fe元素。由檢測(cè)結(jié)果看,即使是堵塞物的灼燒殘?jiān)仓淮嬖谏倭康腇e離子,所以排除與管道發(fā)生反應(yīng)或腐蝕引起堵塞的狀況。

由堵塞物灼燒殘余成分可知,該種堵塞物中含有較少量的Al和Zn的化合物,在液氨輸送過(guò)程中沒(méi)有可接觸的Al和Zn的化合物及其單質(zhì),推測(cè)該種物質(zhì)只能由原料帶來(lái), Al元素和Zn元素的化學(xué)活性比較高,液氨中存在Al和Zn的雜質(zhì)極易形成銨鹽聚合依附點(diǎn)。在高壓、低溫、氨的介質(zhì)條件下,可以生成甲銨鹽結(jié)晶,適當(dāng)控制溫度可以降低此類(lèi)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生[1]。

流體在直管中流動(dòng)時(shí),當(dāng)Re＜2 000,流體流動(dòng)形態(tài)為滯流;當(dāng)Re≥4 000時(shí),流體流動(dòng)形態(tài)為湍流;而當(dāng)2 000＜Re＜4 000時(shí),流體的流動(dòng)是一種過(guò)渡狀態(tài),可以是滯流,也可以是湍流,取決于流動(dòng)的外部條件[2]。流動(dòng)方式的不同可引起液體中的雜質(zhì)沉積效果不同,沉積的發(fā)生還與流動(dòng)速度大小有關(guān)。不同生產(chǎn)過(guò)程可以選擇有附加功能的閥門(mén),如有帶夾套、帶排凈口和帶旁路的閥門(mén),有用于防止固體微粒沉降的帶吹氣口閥門(mén)等,有資料顯示,在寒冷地區(qū)的室外,特別是對(duì)化學(xué)物料,閥體材質(zhì)一般不可用鑄鐵而應(yīng)選用鑄鋼(或不銹鋼)[3]。適宜閥門(mén)的選型也是減少液氨管道堵塞的辦法之一。

5 結(jié)論

(1)造成液氨管道堵塞的主要物為銨鹽。輸送的液氨中存在以含有Al元素和Zn元素為主的不揮發(fā)固體化合物雜質(zhì),在高壓、低溫、氨的介質(zhì)條件下發(fā)生反應(yīng)生成銨鹽固態(tài)物質(zhì),直接引起液氨管道的堵塞。

(2)對(duì)液氨管道輸送管道中的閥門(mén)做適當(dāng)改進(jìn),進(jìn)行有效溫控,減輕銨鹽的生成和沉積發(fā)生。

[1] 吳振偉,彭劍聲,張忠群.淺談合成氨循環(huán)系統(tǒng)中的甲銨鹽[J].大氮肥,2006(6).

[2] 陳懋章.粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2002.

[3] 宋虎堂.閥門(mén)選用手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

An Analysis of Liquid Ammonia Pipeline Blocking

GU Guo-hua

(Shandong Taishan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271100,Shandong,China)

Cold rolled steel sheet annealing using nitrogen producted by liquid ammonia,There often occur blocking in the transmission pipeline of liquid ammonia.Through X-ray quantitative and qualitative analysis,it is concluded that liquid ammonia pipeline blockage is related to the forming of ammonium salt crystallization under condition of liquid ammonia delivery.

liquid ammonia,blocking,ammonium salt crystallization

1001-5108(2016)04-0070-03

TG307

A

谷國(guó)華,工程師,主要從事金屬材料方面的工作。