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1、 收稿日期:2006 - 02 - 03 作者简介:王锦弟,男,工程师,主要从事尿素生产技术工作。 旋风分离器腐蚀与防护措施 王锦弟 (山东恒通化工股份有限公司,山东 郯城 276100) 摘 要:论述了旋风分离器的结构、 工艺条件;重点分析了分离器发生腐蚀的原 因;针对不同的腐蚀原因提出了具体的优化措施,收到了良好的技改效果。 关键词:分离器;腐蚀;原因;措施 中图分类号:TQ05019 文献标识码:A 文章编号:1003 - 6490(2006)02 - 0024 - 04 1 概 述 在尿素生产过程中,为了把合成后经过减压加 热,分离出未反应物料之后的温度为90120、 浓 度约68 %
2、75 %(质量)的尿素水溶液加工成固体颗 粒尿素,一般采用两段真空蒸法工艺将水溶液中的绝 大部分水分蒸出,得到浓度在98 %9918 %的尿素 熔融物,送造粒塔进行造粒。其流程1如图1。 蒸发工序的主要任务是将尿素水溶液中的水分 通过真空蒸发出去,获得含水量小于01 5 %( 湿基 ) , 缩二脲含量小于 1 %( 湿基 ) , 其它杂质含量小于规定 指标的尿素熔融液送造粒塔进行造粒,获得合格固体 颗粒尿素。 为获得符合条件的颗粒尿素,一般对工艺条件的 分析和选择采用尿素-水平衡相图2进行。尿素水 溶液具有双沸点的特性,为避免操作曲线进入第一和 第二沸点之间的区域,使尿素溶液中析出部分固体尿
3、素,堵塞设备和管道,同时对设备和管道产生严重的 磨损,使蒸发过程无法正常进行,一般选择蒸发的工 艺控制条件为: 图1 尿素蒸发流程示意图 闪蒸槽:压力32kPa(绝 ) , 温度100; 一段蒸发:压力261631kPa (绝 ) , 温度130; Ur95 % 二段蒸发:压力3139kPa (绝 ) , 温度136 142;Ur9917 % 在蒸发设备的运行中,旋风分离器,尤其是二段 蒸发加热器出口到二段旋风分离器进口之间的管道 等处容易发生腐蚀泄漏,系统抽入空气,造成二段真 第32卷第2期 2006年6月 化工设计通讯 Chemical Engineering Design Communi
4、cations Vol132 No12 Jun12006 空度难以控制在指标以内,影响成品质量,严重的时 候造成分离器失稳报废。我们对旋风分离器的腐蚀 问题进行了分析,过程如下: 2 旋风分离器腐蚀的原因 211 旋风分离器腐蚀的部位 旋风分离器最容易发生腐蚀的部位依次为:升膜 式加热器上部列管、 加热器出口弯头、 矩形变径管、 分 离器下液管等处,见示意图2。 图2 旋风分离器腐蚀点示意图 11 加热器上部列管;21 出口弯头;31 矩形进口管; 41 切向及各处连接焊缝;51 分离器下液管 212 旋风分离器的选材和加工2 考虑工艺介质主要为Ur(L)、H2O、Bi、Am、NH3、 CO2
5、等,在设备选材上根据使用温度和操作压力,一 般采用304L 2不锈钢。加工焊接采用氩弧焊 ,减少 线能量的输入,减轻焊接接头的敏化程度;选用25 - 22 - 2焊接材料以获得比较理想的耐腐蚀效果。 213 旋风分离器各部分工作介质、 工艺条件3 由物料衡算和工艺条件的选择确定的旋风分离 器各部分的工作介质、 工艺条件如下表1。 表1 旋风分离器各部分的工作介质、 工艺条件 工艺参数 位 置 介质浓度/ %温度/压力/ kPa(绝) 加热器管程进口 H2O/ L 319 Ur/ L 95 12613031 加热器管程出口 H2O/ g 314 Ur/ L 95 13614069 加热器壳程H2
6、O(g)145150 (低压蒸气压力) 分离器进口管 H2O/ g 314 Ur/ L 95 13614069 分离器气相空间 H2O/ g 9597 Ur/ L 35 13614069 分离器液相出口 H2O 013015 Ur/ L 99159917 13614069 注:工艺介质中的其他成分含量液相(下标 L) 并入 Ur( 尿素)含 量,气相(下标 g) 并入H2O含量。液相其他成分主要是 Bi( 缩二脲)、 Am( 氨基甲酸铵 ) ; 气相其他成分主要是NH3、CO2等。其他成分的存 在不是本文讨论的重点。 214 对旋风分离器造成腐蚀的主要原因4 21411 磨蚀 金属表面同时受到
7、流体介质的磨蚀和腐蚀而产 生破坏的一种形态。在加热器列管上部,管内流体介 质速度很高,接近湍流,而产生湍流腐蚀,在这段距离 内列管的腐蚀速度远远大于其他部位。由于二段蒸 发加热器采用快速升膜加热器,因此,在各种腐蚀因 素中,磨蚀应该是造成设备腐蚀的重要因素。我们根 据物料衡算对加热器中物料变化情况造成的物料流 经列管的速度变化进行了简单的分析,结果如下: a1 物料形态变化 在加热器下部的列管中,温度较低,尿素溶液呈 现为液态,速度较慢;列管中下部,温度较高,溶液部 分发生鼓泡沸腾,速度较快;列管中上部分,流体处于 恒温沸腾状态,列管中央为高速流动的气柱带动列管 内壁的液膜快速上升,流体流动速
8、度非常快 b1 以班产Ur 150t计算,尿素水溶液流经二段蒸 发加热器列管时,列管各部分在不同的控制压力下的 速度如下(列管规格 “252 000 ,共85根) 1 : 21412 冲刷腐蚀 由于高速液体对弯头、 三通等产生机械冲刷作用 会破坏不锈钢或钛表面钝化膜,并妨碍其钝化,因而 腐蚀速率明显增加。由上表可以看出,在正常操作压 力范围内,流体的流速是特别大的,尤其是对于列管 的上部,冲刷腐蚀的作用更加明显。由于升膜加热器 为列管式加热器,可以根据加热器的使用情况和周 期,有计划的将加热器进行反装使用,以有效的延长 加热器的使用寿命。 21413 工艺控制因素造成腐蚀 主要是指温度和压力的
9、变化使操作曲线进入Ur - H2O平衡相图的K1 - K22之间,使溶液中有尿素 结晶析出,高速流体夹带着固体尿素对设备产生强烈 的冲刷腐蚀。 生产中能够使蒸发系统的温度工艺指标发生变化 的因素很多。但对二段蒸发影响较大的主要是生产负 荷的大幅度变化和低压蒸气的压力变化。这两个因素 52 第2期王锦弟:旋风分离器腐蚀与防护措施 都会使二段的温度发生突然的降低。当自动控制系统的温度回路采用简单控制时,温度的波动更加明显。 表2 不同压力下列管内介质的流速 压力/ kPa(绝)3456789 密度/ kgm- 30102190102873010354701042120104867010552301
10、06168 进口流速/ ms- 101168 出口流体流速/ ms- 1424323268220190168150 注:计算条件为每根列管中的物料Ur :010612745kg/ s;H2O(g) M:0100292kg/ s;列管横截面积A:01000314m2,将流体流动看作恒稳流。列管 下部为液相,忽略压力对液相密度影响,忽略液相体积,计算结果供说明问题,更精确的结果可用流程模拟软件Pro -(教学版)。 215 蒸发异常情况处理过程 当旋风分离器的液相出口温度突然降低,工艺介 质体系进入过饱和区产生结晶,为避免工况进一步恶 化,按照操作规程一般采用短时间提高操作压力,也 就是降低系统的
11、真空度的办法来及时将体系由过饱 和区退出。从平衡相图可以看出,短时间提高压力, 由于操作点向右(温度下降)、 向上(压力提高)移动, 体系中水含量上升,尿素含量下降会造成产品的质量 下降。这个人工的操作过程总有一定的时间滞后。 在系统破真空操作前,操作点会沿着等压线进入过饱 和区,使溶液中析出部分固体尿素。由于及时调节控 制,体系在短时间内退出过饱和区,慢慢调节压力和 温度,体系重新恢复正常工艺状态。这一调节过程 中,部分结晶尿素在高速流体的带动下,对二蒸加热 器、 矩形管道和旋风分离器下液管都会造成严重的磨 蚀与冲刷腐蚀。在尿素 水(压力-温度-浓度)平衡 相图2中进行破真空并恢复正常控制的
12、操作过程: 图3 尿素的压力-温度-浓度相图示意图 注:A至B为温度突降的过程;B至C为破真空过程;C至A为 调整恢复系统工艺状态的过程,A为正常控制的工艺点。 3 采取的主要优化措施 311 设备选材与焊接工艺控制 31111 设备选材 考虑304L不锈钢尽管在尿素生产体系中比较耐 腐蚀,但是由于二蒸加热器操作温度在1402,同 时流体在加热器上部列管中的流速基本处于高亚音 速的高速状态,体系对304L不锈钢的磨蚀与冲刷腐 蚀都非常剧烈,选用304L不锈钢作为加热器制造材 料不适宜。综合考虑各种因素后,我们委托山东临沂 化工机械厂生产的Ti系加热器,已投入使用2a多, 加热器没有发生腐蚀泄漏
13、。 31112 焊接工艺控制 要求设备制造和安装单位严格按照要求使用焊 接材料,采用氩弧焊焊接技术进行不锈钢的焊接和补 焊,减小线能量的输入,减轻焊接接头的敏化程度。 312 操作工艺控制 主要针对尿素溶液具有双沸点的特性和两段真 空蒸发的工艺特点,从自动控制和操作两方面进行了 优化。 31211 自动控制系统 a1 对蒸发系统使用的低压蒸气压力进行稳压调 整,降低蒸气压力的大幅度波动对蒸发生产体系的影 响。 b1 调整尿素DCS系统蒸发温度控制的参数,提 高蒸发温度控制体系的灵敏性,保证二段蒸发温度的 相对稳定。 31212 对操作控制人员加强理论和实践操作培训 要求操作控制人员掌握尿素蒸发
14、工序的生产原 理,了解相图的基本知识。能够用 尿素-水平衡相 图 2指导生产操作 ,尤其是要清楚正常生产中改变 温度、 压力后,体系进入和退出过饱区的过程。生产 控制中要注意循环体系二分塔液位和温度的变化,及 时调整一段蒸发的操作,避免前系统对二段蒸发产生 较大的影响。 目的在于提高控制人员严格执行工艺 62化工设计通讯第32卷 操作规程的自觉性,尽量减少和避免体系进入过饱和 区,以减轻这一过程对系统的磨蚀,同时确保产品质 量的稳定和均匀性。 4 旋风分离器腐蚀控制的优化效果 表3 旋风分离器腐蚀控制的优化效果表 检漏周期更换周期其他部位 检修时间 操作费用 优化改造前35个月812个月23个
15、月5h较大 优化改造后大于18个月34个月34h较小 注:由于加热器改为Ti材后,已经连续使用2a以上,加热器列管 没有发生泄漏检修,所以加热器使用周期应该更长。 5 结 语 化工生产设备的耐腐蚀性一直是设备选用的首 要因素,在尿素生产中尤其重要。在设备的使用过程 中,要根据使用条件的变化,及时找出设备发生腐蚀 的原因并予以解决,是尿素生产安全、 稳定、 高产、 优 质、 低耗的重要保证措施。 参 考 文 献 1 山东恒通化工股份有限公司 1 恒通化工技术规程和操作法(内 部材料) M120041 2 袁一,王文善 1 尿素M1 北京:化学工业出版社, 19971 3 钱镜清,朱俊彪,陈英明,
16、等 1 尿素生产工艺与操作问答M1 第 一版 1 北京:化学工业出版社, 19881 4 刁玉玮,王立业 1 化工机械设备基础M1 第2版 1 大连:大连 理工大学出版社, 19921 (上接第19页) 214 反应器投料过程中的平均负荷对建立内循环的 影响 表5 投料负荷与建立内循环的关系 投料负荷/ %平均负荷/ %建立循环时间/ h 27211868 3226117115 351817610117 由表5可以看出,反应器的投料负荷越高,中心 管底部的温度下降速率越快,维持反应器投料后的平 均负荷就越低,以致于反应器建立循环的时间就越 长,32 %负荷下维持,持久负荷为2611 % ,但它
17、持续 的低温时间非常长,反应器的工况十分危险。 3 结 语 综上所述,我们探讨归纳出了三聚氰胺反应器开 车投料的初始条件和投料的最佳负荷(见表 6) 。 表6 反应器投料的最佳初始条件 项目 反应器压力 / MPa 投料负荷 / % 投料温度 / 投氨量 / kgh - 1 数值81025 - 27400400 - 450 明确了影响反应器投料的相关因素,在今后的开 车中加以验证并达成共识,已指导生产。 (上接第23页) 3 生产运行情况 经过24h的轻负荷运行后,转入正常生产,我公 司的联醇生产采用双塔并联,新鲜气量和循环气量可 根据两塔催化剂的活性情况和生产任务进行灵活分 配,下面是转入正
18、常生产后的工艺运行下表。 4 结 语 我公司由于使用三轴一径混合调温式甲醇合成 塔内件,催化剂利用率高,床层温差小,生产强度和操 作弹性大,同时降低了合成氨的能耗,提高了企业的 经济效益。 2005年 操作温度 12345678 入塔气量 / m3h - 1 压力 / MPa 新鲜气 CO/ % 醇后气 CO/ % 产量 / t 912024528226127126526526326062 378111331820125314 1013124428525927226927026326161 754111631730139315 1112024728725727127127526926965 6
19、61111031980150315 1113024428126427827427527126861 690111341040151318 72 第2期王锦弟:旋风分离器腐蚀与防护措施 Abstract Shell Coal G asfication Process Wu Ying ( China Wuhuan Chemical Engineering Corporation , Wuhan430079, China) Abstract :The principle , characteristics and key equipment of Shell coal gasfication pro
20、cess were introduced1Shell coal gasfi2 cation process is high efficiency , environmental2friendly and competitive1Some suggestions were given to realize the key technology and equipment industrialization in China1 Key words :Shell coal gasfication process; technical princi2 ple; technical characteri
21、stics; key equipment Analysis of Abnormal Colour in Finished Ammonium Nitrate ZHOU Qi2hong ,DENGLiang2jian ,LUO Jian2xun ( Sichuan L uzhou Natural Gas Chemical Co1, Ltd , L uzhou , Sichuan646300, China) Abstract :Ammonium nitrate in pink red appeared occasional2 ly in recent years1For this reason ,w
22、e have made analysis in raw materials ,process and product examination1Some sugges2 tions are raised1 Key words :ammonium nitrate; colour ; abnormal ; analysis 2 400 New2style Internal Heat2Transfer Low Pressure Radial Ammonia Synthesis Tower TAN Xiao2shu , GOU Yong2liang , HUANG Rui2yang , TONG Gan
23、g ( Deyang Branch of Sichuan Meifeng Chemical Co1, Ltd , Deyang618000, China) Abstract:This paper introduces the applications of2 400 New2style internal heat2transfer Low pressure radial1Ammo2 nia Synthesis Tower1 Key words :Ammonia Synthesis tower ; catalyst ; applications Discussion on Quick Start
24、2up of Ammonia Synthesis Unit ZHANG Zhen2wu , LI Kai2jian ( Henan Zhongyuan Chemical Group Co1, Ltd , Puyang457004, China) Abstract :Start2up time can be saved by controlling the opti2 mum velocity time of feeding , optimum temperature2rise time of low2pressure converting furnace and adding self2hea
25、ting bal2 ance design1As a result , economic loss can be reduced1 Key words :ammonia synthesis unit ; quick start2up ; self2 heating balance design Design , Installation and Operation for 180 kt/a Ammonia Conversion WANG Su2ying , ZHANG Gong2qiao (Jiangsu Hengsheng Fertilizer Co1, Ltd , xinyi221400,
26、 China) Abstract :This paper introduces the design ,installation and oper2 ation of 180 kt/ a ammonia conversion plant1It also describes the economic benefits after operation1 Key words :conversion; process; equipment ; operating situa2 tion; economic benefits Discussion on New Purification Process
27、for Methanol Plant LIU Wei2ping ( Shandong Hongriakang Chemical Co1, Ltd , Linyi276021, China) Abstract :This paper introduces several new purification pro2 cessed for methanol as well as the advantages1 Key words :methanol plant ; purification; new process Feeding Optimization for Melamine Reactor
28、CHEN Yan2pu , LI Kai2jian , ZHANG Zhen2wu ( Henan Zhongyuan Chemical Group Co1, Ltd , Puyang457004, China) Abstract :This paperanalyzes the feeding condition of melamine reactor1It also summarized the initial feeding condi2 tion and optimum feeding load , namely reactor pressure:810 MPa , feeding lo
29、ad:25 %27 % ,feeding temperature:400, ammonia feeding amount :400450 kg/ h1 K ey words:melamine;reactor;feeding;operation optimization Running Condition and Analysis of Methanol Synthesis Tower in Our Company LI Chao ( Hebei Qianan Fertilizer Co1, Ltd , Qianan064412, China) Abstract :It introduces t
30、he structure of methanol synthesis tower in our company and the gas flow process in the tower1 Key words :methanol synthesis tower ; structure; process flow ;running Application of1 000mm ZF Fittings of Inner2cooling Insulated Axial2radial Ammonia Synthesis Touer ZHOU He2zhen , ZHANG Zhi2cui , SONG
31、Tian2jun (Jinan Fertilizer Co1, Ltd , Jinan250101, China) Abstract :This paper introduces the characteristics , catalyst filling , temperature2rise reduction and situation after operation of1 000 ZF fitlings of inner2cooling insulated axial2radial am2 monia syntlesis tower1 Key words :catalyst ;net
32、value;temperature2rise reduction Corrosion and Preventive Measures for Cyclone Separator WANGJin2di ( Shandong Hengtong Industrial Chemical Co1, Ltd , Tancheng276100, China) Abstract :This paper discusses the structure , and working conditim of cyclone separator.It analyzes the reason of the corrosion ,some measures are put forward. Key words :separator ;corrosion;reason;measure Uncontinuous Stress Analysis at Joint