年产10万t合成氨装置变换系统换热器的改进

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2009-1-7 10:51:44 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器

1999年我公司根据60t/a复肥装置生产的需要,投资兴建了1套年产10万t合成氨工程,整个净化系统采用2 4MPa的中压流程,在中压变换系统设置了以下换热器:第一、第二段间水加热器,第二换热器,主热交换器,一水加热器,调温水加热,器。以上各台换热器上下封头与管板之间均采用了法兰连接,其在变换工段的分布见图1。

  

2 各台换热器在试开车及运行中出现的问题  
  在2000年7月份试车之前,各台设备均在施工监理的监督下进行水压试验及气密性试验,当时各台设备均无泄漏情况,然而在原始开车过 程及系统的生产运行中出现了如下问题。原始开车过程中:1)7月30日第二段间水加热器上法兰漏水,被迫更换垫片(由不锈钢包覆垫更换为金属缠绕垫)。2)8月8日一水加热器上法兰漏,被迫停车更换垫片,同时调温水加上封头密封面也出现泄漏。在正常生产中:1)9月3日系统轻负荷运转,9月5日系统3机运行(设计开4机),而9月15日第二换热器下封头漏气,并出现轻微着火,系统被迫减量维持,在经过对其带压堵漏后,系统3机生产。2)10月份主热交换器上下大法兰也出现漏气,在经过带压堵漏后系统维持生产。3)11月7日第一段间换热器列管出现漏点,系统被迫停车,在增设水近路后甩掉第一段间水加热器。
3 各台换热器出现泄漏及损坏的原因 
   各台换热器上下封头均采用法兰连接,当出现温度变化时,造成螺栓热胀冷缩,而垫片的伸缩量小于螺栓的伸缩量,造成换热器出现泄漏。换热器上下封头均采用法兰连接是造成泄漏的直接原因;在原始开车过程中开停车频繁,换热器冷热交替变化也是引起法兰泄漏的一个重要原因。原始开车过程中频繁开停车是导致第一段间水加热器损坏的重要原因之一;第一段间水加热器其气液相温差大,进口气体温度420℃,进口热水温度160℃,而在短时间停车后的开车过程中,进口热水温度100℃左右,而进口气体仍在温度420℃左右,温差的骤然变化必然造成换热管受损;开车过程中热水pH控制过低,也是导致第一段间水加热器列管出现腐蚀并损坏的另一主要原因,由于原开车过程中缺少控制热水pH值的经验及手段,使热水pH值偏低引起腐蚀。
4 对各台换热器的不断优化及改进 
   1)针对第一段间换热器水、气两种介质温差过大的实际情况,参照以往的改造经验,在2000年年底大修中对其进行更换,由列管式换热器改为冷激式换热器,并对冷激水采用自调阀控制(自调阀的开度同气相出口温度构成连锁),其改造流程如图2。


  

   2)第一段间水加热器改造后,其余各台换热器均进行了带压堵漏。但在2001年的运行过程中,带压堵漏后的设备其泄漏情况只是得到缓解,但未能彻底根治,设备内的气体或水从上下大法兰的螺栓孔中泄漏,特别是第二换热器多次出现着火现象,对系统的安全生产带来严重威胁。针对以上情况结合公司生产的需要,制定了一套既彻底又快捷、经济的处理方案,即对主热交、第二换热器、一水加热器等设备割掉上封头法兰,用磨光机在上管板加工“U”型槽,在上封头增加部分筒体后直接焊接在上管板上,依此来根治设备上部泄露问题;并在下部简体增设DN400mm的人孔,电焊工由孔内进入设备,将不锈钢板(厚3mm、宽30mm)焊在下法兰与管板的密封面上,对下法兰与管板之间施行密封焊,即完成对下法兰泄露处理,具体改造见图3。

  
  
5 各换热器设备改进后取得的效果 
   1)第一段间水加热器改为冷凝式的增湿器后,由于喷水降温采用自调阀(DN25、PN4 0)使三段进口温度调节的裕量较大,且操作非常简便。自改进后三段的炉温从未出现过超温现象,改变了以往开车过程中热水循环量难操作(由于原第一段间水加热器无水近路,循环量变化极易引起三段炉温大幅波动)三段炉温波动大的现象。2)热水塔气相进口增设加氨管后,使热水pH值非常简便地控制在8 0~8 5之间,并逐渐摸索出控制在8 5~9 0之间更加合适,系统运行2a后经过对热水循环系统主管线的抽点测试。绝大部分均在7~8mm之间(原水管为219×8的碳钢管)。3)主热交、第二换热器、一水加热器等设备经过2001年大修期间的改造,在2002年生产运行中各台设备均未出现泄漏现象,变换工段各台换热器设备的稳定运行对整个系统的稳定运行奠定了基础,使年产10万t的合成氨装置在2002年生产合成氨9 13万t(3/4的负荷运行)。
6 变换系统开车至今所积累的操作经验
  1)变换系统各换热器上下封头与管板应采取直接焊接的方式,尽量减少泄漏点。
  2)中变炉各段间换热器采用冷激式换热后,操作非常简便,特别是系统开车时的炉温调节方面。
  3)变换系统的热水pH值最好控制在8 5~9 0之间,这样各台换热器腐蚀较轻。
  4)变换出口CO的含量控制在0 2%~0 35%之间比较经济,过低将多耗蒸汽,过高时对产量影响较大(只是指甲烷化流程的合成氨厂)。
 



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