醋酸合成閃蒸管線改造研究與應(yīng)用

閆魯忠

(兗礦國泰化工有限公司，山東滕州 227527)

兗礦國泰化工有限公司一期醋酸裝置，是國內(nèi)第一套自主知識產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)企業(yè)。2008年國泰公司醋酸一期系統(tǒng)擴產(chǎn)改造后，合成蒸發(fā)器設(shè)備本體入口外伸管與隨蒸發(fā)器設(shè)備本體制造的入口錐體密封墊片出現(xiàn)頻繁泄漏故障。針對墊片泄漏的情況從管道結(jié)構(gòu)形式、震動加固、墊片形式及材質(zhì)等多個方面進行改進及探索研究，解決了設(shè)備相連管道不能完全適應(yīng)使用工況的缺陷，改造實施后一次開車成功并達到長周期運行目標，在創(chuàng)造了經(jīng)濟效益的同時，為惡劣工況下閃蒸管線的的設(shè)計及加固提供了依據(jù)。

1 概述

1.1 相關(guān)技術(shù)資料

醋酸生產(chǎn)技術(shù)是兗礦集團擁有的國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。兗礦國泰化工有限公司醋酸工業(yè)化裝置的建成與示范在我國尚屬首例。蒸發(fā)器閃蒸管線主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 閃蒸管線原設(shè)計結(jié)構(gòu)示意及受力分析圖

閃蒸管線原設(shè)計結(jié)構(gòu)示意及受力分析見圖1。

表1 閃蒸管線主要技術(shù)參數(shù)表

圖1 閃蒸管線原設(shè)計結(jié)構(gòu)示意及受力分析圖

2 故障情況

合成系統(tǒng)是醋酸系統(tǒng)的核心部位，閃蒸管線是合成系統(tǒng)運行流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該管線在實現(xiàn)閃蒸效果的同時且與醋酸生產(chǎn)核心設(shè)備無隔離連接，如果該閃蒸管線出現(xiàn)異常或者故障，將直接導(dǎo)致醋酸生產(chǎn)系統(tǒng)長時間停車。

該管線自2005年6月投入運行后，運行初期使用狀況良好。該管線曾于2008年因擴產(chǎn)震動加大導(dǎo)致泄漏更換后，至2009年10月期間，因計劃檢修及管線泄漏故障，對該管線與設(shè)備連接墊片共進行9次更換，對醋酸產(chǎn)量和經(jīng)濟效益造成巨大影響。

3 故障原因分析

介質(zhì)流體運行狀況的改變及管道內(nèi)氣液混合量的變化，導(dǎo)致閃蒸管線介質(zhì)內(nèi)流速及閃蒸量變化，原管道不能滿足現(xiàn)有工況運行及閃蒸要求;原管道設(shè)計為工作介質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥減壓后，壓力迅速降低，流速迅速增加后的工藝介質(zhì)經(jīng)與調(diào)節(jié)閥前管徑相同的約1 400 mm直管段、90°彎頭、控制閥門及約1 700 mm的變徑錐體后進入蒸發(fā)器設(shè)備，在變徑錐體及設(shè)備內(nèi)進行能量釋放，滿足工藝系統(tǒng)的閃蒸效果需求;由于系統(tǒng)改造后，介質(zhì)流體狀況及管道內(nèi)氣液混合量發(fā)生了較大的變化，且原管道設(shè)計調(diào)節(jié)閥前后管道直徑尺寸一致，工作介質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥減壓后，膨脹的工藝介質(zhì)動能迅速增加，對調(diào)節(jié)閥后管道及90°彎頭、控制閥門產(chǎn)生較大沖擊力，工藝介質(zhì)沖擊力導(dǎo)致的管道應(yīng)力變化必須尋找薄弱點進行應(yīng)力的釋放，故而導(dǎo)致管道與設(shè)備相連的墊片頻繁泄漏。

由于設(shè)備本體接管與變徑管道的壁厚不同，設(shè)備本體法蘭翻邊內(nèi)徑與入口變徑管法蘭翻邊內(nèi)徑相差12 mm，液流經(jīng)過連接法蘭密封面的臺階時，存在產(chǎn)生漩渦汽蝕的可能性;原管道減震及加固支撐不能有效的減少管道的各方向振動及管道應(yīng)力釋放;長期的管道振動對法蘭及螺栓預(yù)緊力的影響及管道、框架振動的影響;通過利用專業(yè)受力分析軟件進行系統(tǒng)、全面的進行受力分析及模擬測試，驗證了故障原因分析的正確性。

閃蒸管線各點受力分析模擬圖詳見圖2，受力分析情況詳見表2。

圖2 閃蒸管線各點受力分析模擬圖

表2 閃蒸管線各點受力分析情況表

針對上述問題，對醋酸合成閃蒸管線進行改造攻關(guān)，以掌握適應(yīng)我公司運行工況的管道設(shè)計和加固技術(shù)，為我國自主知識產(chǎn)權(quán)的煤化工醋酸系統(tǒng)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

4 改造方案及實施要求

改造的基本技術(shù)路線是對閃蒸管線的結(jié)構(gòu)形式以及加固形式進行充分分析，找出原有結(jié)構(gòu)布局在惡劣工況下的受力缺陷并加以論證，在此基礎(chǔ)上對閃蒸管線結(jié)構(gòu)和加固減震進行研究開發(fā)、整體改造。在確定改造基本思路及方案后，通過聯(lián)系設(shè)備制造單位、管道振動加固單位進行專項的流體狀態(tài)、閃蒸狀態(tài)分析及工作狀態(tài)校核，確定了適應(yīng)目前工況閃蒸效果的管道布局及加固減震方式。

4.1 改變管線結(jié)構(gòu)形狀，降解閃蒸壓力能量釋放

根據(jù)原閃蒸管線的設(shè)計情況及擴產(chǎn)改造后工況的分析，經(jīng)過系統(tǒng)的受力分析及全面的工況核算，首先確定了閃蒸方式的改變，將原設(shè)計的一次閃蒸改為調(diào)節(jié)閥后管道內(nèi)及管道至蒸發(fā)器設(shè)備內(nèi)分別進行的二次閃蒸方式，降解閃蒸壓力的能量釋放，從而通過改變管線的結(jié)構(gòu)形狀，可適應(yīng)使用工況下更高流量及閃蒸量。

4.2 對管道進行合理的減震及加固

原管道加固形式為閃蒸管線全程設(shè)有兩個管道軸向滑移支撐，在蒸發(fā)器同心異徑管前設(shè)計一個彈簧支撐以消除沖擊振動，無法有效實現(xiàn)管道減震及固定。

通過對原閃蒸管線尺寸的測量及核算驗證，對調(diào)節(jié)閥前管道支架進行水平方向兩處減震支撐，在垂直方向雙邊兩處進行減震支撐，并在水平方向支撐的部位進行垂直方向單邊減震支撐，同時，在新改造一次閃蒸管道彎頭處安裝45°斜支架一處，通過對管道進行合理的減震及加固，降低閃蒸系統(tǒng)振動影響。

4.3 更換設(shè)備本體短頸翻邊，消除產(chǎn)生漩渦汽蝕的可能性

通過更換設(shè)備本體26″短頸翻邊管接頭，并保障設(shè)備本體翻邊與入口錐體翻邊密封面尺寸一致，消除液流經(jīng)過連接法蘭密封面的臺階時存在產(chǎn)生漩渦汽蝕的可能性。

4.4 消除影響管道泄漏的其它原因

4.4.1 閃蒸系統(tǒng)自身產(chǎn)生的振動與其他運轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生框架共振

實施方法:框架振動進行加固，改變閃蒸系統(tǒng)運行與周圍振源產(chǎn)生共振的振動頻率。

4.4.2 通過設(shè)備點檢加強監(jiān)控、優(yōu)化工藝操作規(guī)程

實施方法:嚴格執(zhí)行設(shè)備定時、定點點檢監(jiān)控及崗位巡檢制度，控制好調(diào)節(jié)閥門開度，及時掌握閃蒸系統(tǒng)運行情況。

綜上所述，通過對閃蒸管線結(jié)構(gòu)研究、受力模擬核算后并改造，來實現(xiàn)合成系統(tǒng)穩(wěn)定、長周期運行目標的同時，加強溝通與交流，強化操作水平，從而保障閃蒸管線正常使用狀態(tài)，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供強有力的保障。

圖3 閃蒸管線改造后各點受力分析模擬圖

5 改造效果

經(jīng)過反復(fù)的探討、優(yōu)化改造實施方案，通過對改造管線進行反復(fù)的計算論證，利用系統(tǒng)短停檢修機會實施管道改造施工。滿足工況需求且長周期運行達1年以上，減少了停車次數(shù)及維修工作量和物質(zhì)的消耗。按照每年將減少非計劃停車4次計算，每次檢修人工及物質(zhì)費用2萬元，創(chuàng)造經(jīng)濟效益2×4=8萬元/a(設(shè)備價值);按照每次檢修直接影響醋酸產(chǎn)量600 t，每年避免因該管道泄漏及振動過大限產(chǎn)、減產(chǎn)3 000余t，為安全穩(wěn)定、長周期效益運行打下基礎(chǔ)。

改造后閃蒸管線各點受力分析模擬圖詳見圖3，受力分析情況詳見表3。

表3 閃蒸管線改造后各點受力分析情況表

6 結(jié)束語

通過設(shè)備及管道長周期效益運行的實踐論證和改造管道結(jié)構(gòu)及合理加固對惡劣工況適應(yīng)的成功應(yīng)用，證明了對閃蒸方式改造的成功，在對合成閃蒸管線改造的關(guān)鍵技術(shù)形成自身專有技術(shù)的基礎(chǔ)上，積累了關(guān)鍵設(shè)備及管道檢修技術(shù)數(shù)據(jù)，為企業(yè)節(jié)約大量維修資金的同時，為今后的獨立檢修和消除技術(shù)封鎖奠定基礎(chǔ)。