金屬冶煉企業循環冷卻裝置反應器發生故障原因分析及對策

儲呈宇

（中海油氣泰州石化有限公司，江蘇 泰州 225300）

1 概述

金屬冶煉企業所使用的循環冷卻裝置是生產過程中的重要設備之一，該設備在實際應用時可供選擇的生產工藝有：第一反應部分，即使用單段雙劑串聯全循環工藝，將部分混合氣體與冶煉原料混合以后加入至高壓換熱器中，然后進入反應進料加熱爐，而另一部分混合氣體與反應產物在經過換熱器后和加熱爐中的混合物一起進入反應器中，對部分金屬冶煉溶解物可進行回收。第二部分是分餾物的水解工藝，大多數金屬物質因其品位較低，在冶煉加工過程中常出大量廢渣，分餾過程中進料加熱爐，使分餾部分換熱流程得到優化，燃料消耗較少且能耗較低。而產生的廢渣可以進行有效的回收，且回收率較高。第三部分是催化劑的鈍化與再生，即采用添加催化劑的方式進行再生，并使用鈍化方案進行催化劑鈍化，使用器外再生方式進行催化劑再生。

從金屬冶煉企業所使用的循環冷卻反應裝置使用過程分析可知，該裝置的生產工藝本質是在高溫、高壓的環境下進行的，當金屬冶煉采用的催化劑活性很高時就會導致裝置出現飛溫現象，即催化劑床層整體出現熱不穩定問題，反應熱和散熱之前無法平衡，在催化劑床層中局部過熱，都會使床層超溫而失去控制，嚴重時會導致催化劑失去活性、反應器內部結構造成破壞，甚至會引起循環冷卻裝置出現故障，如火災、爆炸等事故[1]。

2 冶金企業使用循環冷卻裝置發生故障的危害

在循環冷卻裝置放熱反應中本身會產生大量的熱量，如果對冷卻裝置的散熱溫度控制不當就會引起設備故障，大量產生的熱量和反應物質被溶解，導致反應生成塊狀的產物，嚴重時會影響反應設備內部結構，比如出現管線結垢、堵塞等問題，不僅嚴重影響正常生產，而且還會浪費大量資源和時間、經濟成本，直接造成金屬冶煉企業的損失。

3 循環冷卻裝置出現故障的過程分析

催化劑床層的高點溫度達440℃，循環冷卻裝置立即停止運行，循環氣體的壓縮停止運行，系統會自動泄壓，而催化劑床層的溫升也會從35℃立即提升到370℃高溫，想要快速啟動循環冷卻裝置使生產可以繼續進行，就要采用新型的循環冷卻設備使壓力提高，在提壓和提速之后，防喘振閥打開，隨著循環冷卻裝置壓力和速度的提高，運行設備的溫度得到有效控制，當循環冷卻裝置的運行速度提高到6400r/min之后，床層的冷卻閥門打開，雖然會引起其他床層溫度的升高但是在一小時左右后溫度會逐漸下降。冷卻裝置不斷循環使溫度最終降到200℃以下，反應系統的壓力也得到有效控制，這時可開啟進料泵往系統進料，使設備繼續正常工作。

4 循環冷卻裝置出現故障的原因分析

循環冷卻裝置在正常條件下，入口的溫度應大于360℃，但是在催化劑的作用下最高溫度應控制在440℃以下，為避免循環冷卻裝置出現故障而引起催化劑活性喪失或設備損壞，必須對引起金屬冶煉用的循環冷卻裝置出現溫度失控的原因進行分析研究，具體原因總結如下。

4.1 冷卻裝置內循環氣體量變少

在金屬冶煉過程中采用科學生產工藝情況下，冷卻裝置內循環氣體的作用是維持設備的分壓，并使用大量的循環氣體挾帶反應熱以控制因反應熱效應過大而使絕熱溫升過快，但是在循環氣體數量變少時，循環氣體挾帶出的熱量便會減少，使得熱量大部分被堆積在冷卻裝置內，使冷卻裝置外部溫度飛快上升，這是導致冷卻裝置易出現故障的主要原因之一[2]。

4.2 反應進料的溫度過高

加如催化劑的反應是一種放熱反應，反應的速度越快則反應溫度的變化也越快，溫度升高越快。所以必須對反應進料的溫度進行控制，如果溫度過高則會導致冷卻裝置不能在短時間內達到預期效果，產生重大的生產波動。但是在實際生產中，由于冷卻裝置反應器凝結水流量調節閥可能會出現故障，或者出現管網蒸汽壓力變動就會引起反應進料溫度的變化，冷卻裝置出現故障的現象比較常見。

4.3 反應進料的流量變少

金屬冶煉企業冷卻裝置反應器的反應進料流量變少時就會導致催化劑的噴淋密度降低，進而影響催化劑表面的浸潤率。在實際生產中，催化劑床層的溫度較高，必定會影響催化劑表面的浸潤率，使浸潤率快速下降產生床層干表面，進而出現了二次反應，最后導致反應器故障的出現[3]。

4.4 催化劑性能掌握不全面

在冷卻裝置反應器反應時需添加相對應的催化劑進行生產，但是如果沒有全面了解催化劑的性能，在反應系統的壓力超過額定值以后會出現反應催化劑加入后氣體反應波動過大而引起溫度快速升高的問題，在該過程中當反應溫度不斷升高，加上沒有冷卻氣體可用就會使大量反應熱量被留在反應器中而無法被帶走，進而引發設備故障。

4.5 其他原因

在冷卻設備的溫度過高時，系統自動泄壓，但是在溫度超高情況下反應壓力泄放需要放到最低才能有效降低溫度。同時，在冷卻裝置泄壓之后系統的壓力會慢慢提升，當設備的溫度下降不夠明顯，加上沒有超高壓力的氣體補充進來時候就會繼續使冷卻設備的溫度升高。另外，在循環冷卻裝置的運行處于正常狀態，但是三閥組雙閥門打開之后會在低點放空開，在設備停止運行的情況下如果氮氣補充不足就無法滿足標準生產要求[4，5]。

5 針對循環冷卻裝置出現故障的解決對策

從上述原因分析來看，如果在正常操作條件下，金屬冶煉企業所使用的冷卻裝置出現異常升溫的現象，第一應立即降低反應爐出口溫度，降低反應進料溫度。第二應立即手動開大冷卻裝置的冷卻閥，控制冷卻裝置進料的升溫速度。第三加大循環氣體的流量，及時將反應熱量帶出設備。第四應結合具體發生故障的原因進行處理，比如溫控調節閥出現故障則需對調節閥進行隔離后處理，如果是因為管網加熱蒸汽流量波動過大，則應根據實際生產需要作出調整。如果是反應進料量的變化，在處理時要遵循先降溫后降量的原則，在短時間內保證催化劑濕潤，在加大循環氣體進入量的情況下可再次降低冷卻設備出現故障的可能性，若出現循環氣體完全停止的情況，應打開閥門泄壓，使快速帶走反應產生的熱量，以降低冷卻設備的溫度。此外，考慮到冷卻設備長時間使用后設備自身的溫度會很高，反應又繼續在發生，這時會使催化劑表面的潤濕率快速下降而形成干表面，使冷卻裝置內的溫度發生反彈，因此在泄壓時還要適當地補充冷卻設備內的氣體量，使冷卻裝置的溫度快速下降，減少裝置內部的二次反應。至于催化劑引起的問題，可通過有效增大催化劑供給量使反應熱量被帶走。其他解決辦法有，將夾套水循環模式變化手動控制模式，在冷卻閥門全部打開后通過加大冷卻水量的辦法使反應熱量及時被排出。總之，只有時刻關注金屬冶煉企業使用冷卻設備溫度的變化，控制好進料和催化劑投放量，并保證進料量和溫度的穩定，做好對循環冷卻裝置和冷卻水夾套系統等設備進行檢查，強化對沒遇到生產工序的監督控制，才能使循環冷卻設備出現故障的現象得到有效控制，將經濟損失降到最低。

6 結語

綜上所述，金屬冶煉企業循環冷卻裝置出現設備故障主要和催化劑、進料量、循環氣體進入數量、進料溫度等有關，為避免因溫度過高而影響催化劑的活性，造成裝置設備損壞，甚至引起更加嚴重的安全事故，必須對造成循環冷卻設備出現故障的原因進行分析，制定科學合理的解決方案對冷卻裝置的溫度進行控制，才能降低生產安全事故，才能為金屬冶煉企業帶來可觀的經濟效益[6]。