內(nèi)冷式吸收塔故障分析及改進(jìn)措施

郝永輝

(唐山三友化工股份有限公司純堿分公司，河北 唐山 063305)

1 內(nèi)冷式吸收塔介紹

吸收塔是純堿生產(chǎn)中主要設(shè)備之一，塔內(nèi)氣液兩相逆向流動(dòng)，淡氨鹽水從塔頂加入自上而下流動(dòng)，經(jīng)過洗滌段、冷卻吸收段與從下向上流動(dòng)的NH3和CO2氣汽混合氣逆流接觸，生成熱氨鹽水從塔中部流出，反應(yīng)后的氣體從塔頂排出。

我公司采用直徑為φ2800的內(nèi)冷式吸收塔，塔高33.68 m,由洗滌段、冷卻吸收段、儲(chǔ)桶段組成，材質(zhì)為HT20-40。其中洗滌段目的是洗滌吸收剩余氨，由七節(jié)塔圈組成，頂部為空圈，下面五圈裝有五個(gè)泡罩，氣囪，旁邊設(shè)有溢流槽，最下部塔圈內(nèi)裝有分布器一個(gè)。冷卻段由8個(gè)冷卻水箱和兩節(jié)空圈組成，每個(gè)水箱有φ51×1.5鈦管378根，每根長2 762 mm，共有3 024根，不僅起冷卻氨鹽水的作用，而且還起到氣液接觸的作用。最下部是儲(chǔ)桶段，作用之一是增加位差，使吸收好的熱氨鹽水能靠靜壓自流入澄清桶內(nèi)，之二是用于儲(chǔ)存冷卻好的氨鹽水供碳化使用。

2 故障原因分析

我公司共有五臺(tái)吸收塔用于生產(chǎn)，使用過程中相繼發(fā)生問題，如洗滌段泡罩松動(dòng)，與氣囪撞擊產(chǎn)生噪音，甚至泡罩脫落，被迫停塔。工藝操作存在吸收效果差，塔內(nèi)阻力大，操作彈性小等缺點(diǎn)。在停塔檢查時(shí)還發(fā)現(xiàn)水箱內(nèi)漏問題，水箱兩側(cè)花板孔內(nèi)部O形圈定位臺(tái)全部腐蝕掉，內(nèi)徑由原來的φ52.5增大到了φ60，并有多根鈦管的密封脫落，密封部位長度由原來的35 mm，最小的變成15 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出冷卻鈦管與花板的密封尺寸要求，并出現(xiàn)了明顯的石墨化腐蝕，水箱中的冷卻水泄漏到塔內(nèi)，造成氨鹽水濃度降低，也就是我們常說的水箱內(nèi)漏。

2.1 洗滌段故障分析

在使用過程中，原泡罩結(jié)構(gòu)由于液體的腐蝕、沖刷，容易造成氣囪與泡罩的連接位置出現(xiàn)縫隙，導(dǎo)致螺栓預(yù)緊力降低，固定螺栓松動(dòng)或脫落，再加上氣體的擾動(dòng)，使泡罩產(chǎn)生振動(dòng)，甚至偏斜或脫落在氣囪上，使塔不能正常運(yùn)行，必須停塔處理。(見圖1)

1.氣囪 2.隔套 3.菌帽 4.連接螺栓

2.2 冷卻段故障分析

由于我公司純堿產(chǎn)量日益增加，直接造成吸收塔負(fù)荷加大，特別是夏季經(jīng)常出現(xiàn)熱頂現(xiàn)象。氣液在塔內(nèi)接觸時(shí)改變了原有的穩(wěn)定狀態(tài)，在水箱花板上下四角處，氣液形成湍流狀態(tài)，氨鹽水、氨氣對(duì)水箱花板的沖刷腐蝕嚴(yán)重，鑄鐵水箱花板材質(zhì)不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)要求，抗沖刷、抗石墨化腐蝕能力差。這主要是由于吸收塔內(nèi)的氨鹽水中含有一定量的Cl-，鑄鐵中的鐵素體(α)被選擇性地溶解，即Fe2+與Cl-發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因在鐵碳合金的基體組成中以鐵素體的化學(xué)穩(wěn)定性最差，進(jìn)而從金屬的表面開始向內(nèi)部均勻地發(fā)展，最后只留下一個(gè)多孔的石墨基體，也就是我們常說的鑄鐵的石墨化腐蝕。塔內(nèi)不穩(wěn)定的氣、液沖刷也有助于加快石墨化腐蝕的速度，這種局部腐蝕的后果對(duì)鑄鐵塔本身強(qiáng)度的影響是相當(dāng)嚴(yán)重的。其中第一、二層水箱花板四角處腐蝕最為嚴(yán)重，花板孔之間出現(xiàn)了大量被穿透的孔洞。

水箱中的每根冷卻鈦管直徑51 mm,長達(dá)2 762 mm,管壁只有1.5 mm,塔內(nèi)氣液的接觸，反應(yīng)劇烈，氣體流速較高，鈦管會(huì)產(chǎn)生一定的彎度，隨著氣流上下顫動(dòng)，即鈦管產(chǎn)生了一定的撓度(我們可以把穿于兩花板之間的鈦管看成是兩端不受約束的簡支梁)，在花板的O形圈定位臺(tái)被沖刷腐蝕變大后，密封圈就會(huì)向塔內(nèi)方向脫落，再加上冷卻水壓力要比塔內(nèi)介質(zhì)壓力高，這樣在此雙重作用下，導(dǎo)致密封失效，冷卻水進(jìn)入氨鹽水中，造成水箱內(nèi)漏。我們每年停塔檢修均發(fā)現(xiàn)此類問題。

水箱兩端頂部凹槽因雨水或漏液長期積存導(dǎo)致局部腐蝕嚴(yán)重，甚至銹透，將造成水箱外漏。

2.3 儲(chǔ)桶段故障分析

儲(chǔ)桶段相對(duì)問題較少，主要集中在各進(jìn)、出口連接法蘭及清理孔漏液上。法蘭口漏液造成密封面腐蝕損壞，使法蘭強(qiáng)度降低，更加劇泄漏問題的發(fā)生。

3 改進(jìn)措施

3.1 洗滌段改進(jìn)措施

為有效解決洗滌段問題，我們對(duì)吸收塔進(jìn)行了篩板化改造，將原洗滌段塔圈五層菌帽、溢流槽結(jié)構(gòu)改為七層篩板式結(jié)構(gòu)，篩孔板塔主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，處理能力大，設(shè)備阻力小，能耗低，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力，便于制造和檢修，運(yùn)行穩(wěn)定。不足之處是塔的安裝要求嚴(yán)格，塔板應(yīng)保持水平；操作彈性較小。為了保證塔內(nèi)氣體與液體應(yīng)有足夠的接觸面積和接觸時(shí)間。我們通過計(jì)算試驗(yàn)，最終確定適宜篩板孔徑、孔間距及開孔率。保證氣液兩相應(yīng)具有強(qiáng)烈擾動(dòng)，減少傳質(zhì)阻力，提高吸收效率。同時(shí)將原洗滌段下部分布器上移至篩板圈上部，對(duì)進(jìn)液進(jìn)行初次分布，為使篩板上液層厚度保持均勻，嚴(yán)格控制各層篩板的制作和安裝精度，以防止塔偏流。2009年3月2日，我車間1#吸收塔已由泡罩塔改為篩板塔，經(jīng)過一段時(shí)間試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)1#吸收塔與其它塔相比阻力明顯降低，洗滌段壓力降約為0.41 kPa，只占總壓降的 10%。而未改造的3#吸收塔測定洗滌段阻力降為5.97 kPa，比1#吸收塔大5～6 kPa，由此可以認(rèn)定洗滌段改為篩板后能夠有效降低吸收塔阻力降。

3.2 冷卻段改進(jìn)措施

1)增加一層水箱，將原八層水箱改為九層，提高塔的應(yīng)變能力，吸氨生產(chǎn)最大變動(dòng)因素是在冷熱季節(jié)中冷卻水溫相差懸殊，致使冷卻能力變動(dòng)幅度大，通過增加了一層水箱，加上及時(shí)調(diào)節(jié)冷卻水量，更能夠適應(yīng)反應(yīng)區(qū)移動(dòng)，增大吸收區(qū)，緩解夏季熱頂問題，同時(shí)可節(jié)約用水量，提高塔的工作效率。

2)在鑄造水箱時(shí)，在鑄件中加入一定配比的抗石墨化腐蝕的Cr、Ni合金元素，提高水箱的耐腐蝕性，減緩水箱花板腐蝕速度，保證密封效果。同時(shí)保持鑄鐵塔本身強(qiáng)度。

3)對(duì)水箱進(jìn)行了分體式改造，保證原鈦管位置及數(shù)量的前提下，將水箱花板做成分體式，徹底解決因吸收塔水箱花板內(nèi)漏造成被迫停塔更換水箱的嚴(yán)重后果，改造后的分體水箱花板被沖刷腐蝕嚴(yán)重到不能使用時(shí)，可以臨時(shí)停吸收塔，單獨(dú)更換備用的分體水箱花板，這樣將大大縮短了檢修時(shí)間，節(jié)約檢修費(fèi)用(如圖2)。

1.箱體 2.分體水箱花板Ⅰ 3.分體水箱花板Ⅱ 4.不帶水進(jìn)出口管水箱蓋 5.帶水進(jìn)出口管水箱蓋

4)對(duì)水箱花板及鈦管密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。原花板與鈦管密封形式為O形圈與止推圈共同密封，這樣的密封結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：在花板定位臺(tái)被沖刷腐蝕后，密封O形圈容易脫落，造成密封失效。改造后的分體水箱花板孔取消了密封定位臺(tái)，改為φ58的通孔，同時(shí)原密封O形圈、止推圈改為與鈦管尺寸相配套的一體式密封圈，安裝前先在鈦管孔涂油，密封圈選用天然膠，遇油膨脹，形成可靠密封，從而徹底解決了原花板與鈦管密封失效的問題。

5)為解決鈦管晃動(dòng)問題，我們將最下面一個(gè)水箱最下一排換熱管壁厚增加，提高每根鈦管的剛度，從而起到折流板的作用，對(duì)氣流進(jìn)行緩沖，使上面鈦管保持穩(wěn)定，保證密封效果。

6)在10#圈進(jìn)氣口加鈦材質(zhì)進(jìn)氣分布器一個(gè)，同樣可以使進(jìn)氣更均勻，避免直接沖擊換熱管，減緩了氣流對(duì)鈦管的作用力，有效解決水箱內(nèi)漏問題(見圖3)。

圖3 10#塔圈進(jìn)氣分布器

7)為解水箱上部腐蝕問題，我們將水箱凹槽內(nèi)清理除銹，填充干砂，表面做玻璃鋼封閉處理，避免水箱外腐蝕。

8)再分布器改造，原再分布器開孔較集中，分布效果不好，我們對(duì)其也進(jìn)行了改造，在保持原有開孔數(shù)量的情況下，進(jìn)行合理布局(見圖4)。

圖4 吸收塔再分布器局部

3.3 儲(chǔ)桶段改進(jìn)措施

儲(chǔ)桶段連接法蘭原為開口槽式改為翻邊法蘭式，這種結(jié)構(gòu)耐腐蝕性強(qiáng)，密封效果好，方便拆卸。在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)后應(yīng)盡快安排消除，防止法蘭密封面腐蝕。法蘭外表面應(yīng)及時(shí)清理結(jié)疤，保持整潔干燥。

4 效果檢查

通過實(shí)施以上改進(jìn)措施，我公司吸收塔已平穩(wěn)運(yùn)行近10年，故障率明顯降低，效果良好，徹底消除了設(shè)備隱患，有效延長了運(yùn)行周期，穩(wěn)定了化工生產(chǎn)，達(dá)到了預(yù)期的目的。