甲醇合成塔常見故障及處理方法

張 奇

（中海石油建滔化工有限公司，海南東方 572600）

0 引言

中海石油建滔化工有限公司年產80 萬噸甲醇裝置由英國Davy 公司進行基礎工藝設計，由中國成達工程有限公司進行詳細設計，其中甲醇合成塔（D121/122）為Davy 公司專利設備，韓國DOOSAN 公司制造，裝置于2010 年10 月投產。采用以高N2和高CO2含量的天然氣為原料的大型低壓合成甲醇工藝技術，由轉化、壓縮、合成、精餾等工序組成。

1 設備結構

甲醇合成塔為管殼式、立式圓筒型設備。其內部裝填有銅基催化劑。合成塔底部安裝有4 組噴射器，分別對應4 組蒸汽換熱管束，管束內有鍋爐水，用于吸收合成過程中放出的熱量從而產生中壓蒸汽，中壓蒸汽通過頂部汽包D123/D124 分離后送往蒸汽系統管網。中部安裝有原料氣分布器，原料氣分布器上分布有Φ1 mm 的出氣孔，將混合后的合成氣均勻的導入合成塔內，在銅基催化劑的作用下生成甲醇蒸汽和水蒸氣等。合成塔主要部件參數見表1。

2 甲醇合成塔的常見故障及原因分析

2.1 人孔、接管法蘭泄漏的主要原因

（1）螺栓緊固不均勻。螺栓緊固不均勻會導致密封墊產生間隙同時造成泄漏。不均勻的螺栓緊固是由多方面因素引起的。首先是人為因素，安裝時不對稱的預緊力會造成密封面受力不均勻，從而產生泄漏；其次，法蘭錯位對壓緊力有影響，理論上人孔、法蘭壓緊后，密封面是絕對平行且同心的，但實際上，其中心線不可能絕對同心，因此螺栓緊固時會對人孔、法蘭產生彎矩，使其受力不均勻。這種不勻稱的連接，使密封面或多或少地發生變形，從而導致密封面受力不均勻，在運行載荷下，容易產生泄漏。

表1 合成塔主要部件參數

（2）密封墊片失效。密封墊片的失效主要是由于失去了自動補償功能，密封墊片的失效是由多方面因素引起的。首先是壓力與溫度變化對密封墊片泄漏的影響較大。因長期運行過程中壓與溫度經常變化，使得密封墊片由彈性變形變為塑性變形，從而使墊片失效而產生泄漏；其次，在安裝時由于達不到墊片所需的壓緊力，又或者在長期運行過程中機械振動造成螺栓松動，從而產生泄漏。

（3）密封面腐蝕、損傷。腐蝕、損傷具有普遍性，材料的腐蝕幾乎隨時隨地都在發生，而腐蝕也是造成人孔、法蘭泄漏的一個重要原因。腐蝕、損傷的原因有很多，從微觀來講人孔法蘭的化學成分、金相組織等發生變化，一般會加促腐蝕；從宏觀來講，在人孔法蘭的鍛造、切削過程中，應力集中、氣蝕等也會造成密封面腐蝕損傷。

2.2 蒸汽噴頭堵塞或損壞的主要原因

（1）沖刷腐蝕噴頭損壞。當高流速的蒸汽通過噴頭孔處金屬表面時，就會對蒸汽噴頭孔發生沖刷腐蝕的不良影響，形成蒸汽噴頭壓力下降、噴入每根換熱管的蒸汽量也無章可循。蒸汽噴頭發生腐蝕的機率取決于蒸汽的流速、噴淋的壓力和溫度。

（2）操作不當引起蒸汽噴頭變形。在蒸汽調節過程中壓力提升過高會造成噴頭爆裂，若壓力下降過快則會造成噴頭變癟，尤其是在開停車過程中需更加小心，嚴格按照操作規程增加或減少蒸汽進入量。

（3）噴汽不暢造成蒸汽噴頭損壞。蒸汽管道內及其微小的雜質在蒸汽噴頭內部或外部邊際的堆積會形成蒸汽噴頭的流轉不暢。這將影響噴頭的噴汽效果。

（4）高溫蒸汽造成噴頭損壞，蒸汽噴頭長時間在高溫或反常溫度下工作，會造成噴頭因材料、金相組織或噴汽孔形狀產生變化而遭到損壞，影響高壓噴頭的正常作業。

2.3 管束減薄泄漏或與管板之間焊縫泄漏的主要原因

（1）沖蝕。沖蝕又叫磨損腐蝕，在此設備中主要表現為氣體及其混合物的運動或相對運動與金屬之間產生切應力，不斷剝離金屬表面或腐蝕產物，從而形成快速腐蝕。甲醇合成塔進出口接管和換熱管束進出口由于流速較快，極易在短時間內造成沖刷磨損，從而形成局部嚴重腐蝕。

（2）機械磨損。振動時在管板焊接處所受彎曲應力最大，當延續時間長時管壁會出現疲勞，如果管子的材料存在裂紋且裂紋處于應力場中的關鍵部位，同時還受到腐蝕與沖蝕的作用，疲勞破壞會加速。其次許多換熱器在檢修中都會將管束抽出，此時易在殼體上產生劃痕，破壞金屬表面的結構，造成介質積聚，繼而引發縫隙腐蝕、孔蝕等。

（3）熱疲勞。在甲醇合成塔中，殼程和管程的溫差會引起殼體及管束的軸向應力以及管板與換熱管焊接接頭殘余應力變化。當軸向應力大于拉脫力時就可能引起管板與管束的連接部位開裂，此種裂紋一般由一個管孔邊緣沿孔橋向另一個管孔延伸，管板沒有肉眼可見的變化。

3 甲醇合成塔常見故障處理方法

3.1 人孔、接管法蘭泄漏處理方法

（1）按規定使用液壓扳手、氣動扳手、敲擊扳手等工具，根據不同螺栓個數采用如圖1 所示的緊固順序，按照規定的預緊力緊固螺栓。若螺栓遇到輕微的咬傷、拉毛或幾何變形等缺陷時可采用加入少量研磨砂對研的方法修復，若不能修復應予以更換；若存在裂紋或影響強度的缺陷，應及時予以更換。

（2）對于金屬環墊來說，可根據情況采用研磨加金屬修補劑的方法修復或者更換墊片，對于纏繞墊來說一般采用直接更換的方式。

（3）根據腐蝕損傷程度選擇打磨、機械光刀、補焊、研磨等處理方式，修復后最大允許表面粗糙度Ra1.6 且密封面的平面度不應大于0.1 mm。密封面若有輕度劃傷、腐蝕溝槽及表面粗糙等缺陷時，可采用細砂紙或油石修復；密封面若出現較大深度的機械損傷和腐蝕溝槽等缺陷，可采用機械光刀方法修復，上下密封面光刀深度之和應小于4 mm；密封面嚴重損傷和腐蝕，不能用光刀法修復時，采用TIG-R31 焊絲焊接修補后再光刀、研磨的辦法修復。

3.2 蒸汽噴頭堵塞或損壞處理方法

3.2.1 蒸汽噴頭修復

（1）拆裝噴頭法蘭螺栓，抽出中間帶有噴頭的法蘭，檢查內部噴頭支架是否完好，若損壞則需拆下更換；

（2）拆下噴頭，清洗或更換，檢查中間法蘭螺紋孔是否損壞，若損壞則使用板牙修復；

（3）檢查大蓋密封面有無徑向劃痕，若有則要光刀處理，若劃痕較深則需要補焊后再光刀處理；

（4）檢查噴頭外表的腐蝕坑、刻痕深度≤1 mm 可不用處理，若深度較深時則需要補焊后打磨圓滑過渡；

（5）回裝噴頭支架，回裝噴頭，回裝中間帶噴頭的法蘭，回裝大蓋螺栓、上好密封墊緊固好連接螺栓，恢復保溫。

3.2.2 工藝參數調整

若發現蒸汽噴頭變形，或因高溫引起的噴頭損壞應及時調整溫度、壓力、流量等工藝參數，以保證進入合成塔內部蒸汽量的穩定。

3.3 管束減薄泄漏或與管板之間焊縫泄漏處理方法

3.3.1 合成塔蒸汽換熱管束發生減薄或泄漏

應采取堵管的方式處理，具體方法如下。

（1）因蒸合成塔管程無人孔，若要進入內部需切除合成塔上部蒸汽出口管約800 mm 長，打開下部封頭法蘭；

（2）加工與換熱管同材料錐形堵頭（換熱管型號O.D31.8×t3.4，材料SA213-T22）；

（3）清理干凈堵管周圍油污等臟物；

（4）將錐形堵頭嵌入需要堵管的管頭；

（5）采用熱輸入較小的方式進行密封焊接；

（6）焊后應做著色探傷，合格后方可進行下一步工作；

（7）更換切除的蒸汽入口/出口管，焊接完成后X 射線探傷合格。

3.3.2 合成塔蒸汽換熱管板發生泄漏

一般采用打磨補焊處理，具體方法如下。

（1）進入方法同3.2.1（1）；

（2）使用著色探傷法找出并標記泄漏點；

（3）使用小型磨具打磨裂紋處焊縫再進行著色探傷直至裂紋消失；

（4）當裂紋全部消失后用焊絲補焊處理，焊后著色探傷合格。

4 總結

在實際運行過程中，造成甲醇合成塔出現故障的原因是多種多樣的。通過長時間的運行總結，找出影響甲醇合成塔運行的多種因素，并進行歸納總結，提出解決方案與措施，以保障甲醇合成塔的平穩運行，減少不必要的損失。