我公司磷酸二銨生產(chǎn)能力為26萬t/a,濃縮裝置生產(chǎn)能力為12萬t/a。2003年初濃縮石墨換熱器在運行過程中,發(fā)生了大面積爆管,一次爆管達88根,造成了重大經(jīng)濟損失,給生產(chǎn)帶來了嚴重影響?，F(xiàn)將濃縮石墨換熱器大面積爆管的原因分析如下。

1　工藝流程及主要操作指標
1·1　工藝流程
來自酸貯槽的w(P2O5)26%～28%的稀磷酸與低壓蒸汽在石墨換熱器進行熱交換后,經(jīng)強制循環(huán)泵強制循環(huán),真空蒸發(fā)后w(P2O5)45%～48%的合格濃磷酸泵送至濃磷酸貯槽貯存。閃蒸室逸出的含氟氣體被低濃度氟硅酸溶液循環(huán)吸收,生成w(H2SiF6)10%～12%的氟硅酸溶液送往氟硅酸貯槽貯存,而大量水蒸汽與殘余的含氟氣體經(jīng)大氣冷凝器冷卻后進入循環(huán)水系統(tǒng),不凝性氣體被真空噴射器排入大氣。低壓蒸汽經(jīng)石墨換熱器換熱后產(chǎn)生部分冷凝液,送往除鹽水站或供反應(yīng)工序使用。

1·2　主要操作指標
(見表1)

2　主要設(shè)備規(guī)格及型號
主要設(shè)備規(guī)格及型號見表2



3　爆管原因分析及預(yù)防
(1)　石墨管清理不*　
1996年石墨換熱器投入運行,在2003年以前的7年中,石墨管僅破損24根,占石墨管總量649根的3.7%,對濃縮的生產(chǎn)能力影響不大。而2003年2月份1次破管88根,換熱面積減少13.55%,這與石墨管清理不*有很大的關(guān)系。濃縮清理熬煮每月2次,每次應(yīng)**,zui終使石墨管無垢。但由于在濃縮過程中隨著磷酸濃度的提高,雜質(zhì)所形成鹽類的溶解度下降,在石墨換熱器的換熱面及管道內(nèi)壁易形成鈣鹽、氟鹽,導(dǎo)致結(jié)垢,如不*清理,垢會越結(jié)越厚,更不易清除。我公司使用出口壓力為30MPa的高壓水泵對石墨管道內(nèi)壁的結(jié)垢進行機械清理,主要靠高壓水使垢層松動而落下。如果石墨管結(jié)垢致密,垢層厚,大槍頭根本無法進入石墨管內(nèi)清理,只能先使用小槍頭清通,再逐步使用大一號槍頭進行清理,但所需時間較長。從2002年清理用的槍頭可以說明結(jié)垢的過程,一般1季度用 35mm的槍頭,2季度用 33mm的槍頭,3季度用 32mm的槍頭清理,而4季度只能用 28mm的槍頭清理。表明結(jié)垢逐月增厚,石墨管內(nèi)徑逐月減小,換熱效率逐月下降。每次清理不*的主要原因是受清理時間限制,為此新購了1臺高壓水泵,將原來的1人1泵清理改為雙人雙泵清理,確保每次用 35mm的槍頭全部清理1遍。雖然每次同樣用8h清理石墨管,但實行雙泵清理后,石墨管的一些老垢得到了*清除,換熱效率提高,保證了裝置的生產(chǎn)能力。

(2)　殼程壓力高　
為了保證生產(chǎn)負荷,被迫提高進石墨換熱器殼程中的蒸汽壓力。濃縮每次開車時,殼程壓力就達140kPa(表壓,下同),運行3天后,殼程壓力在150kPa以上,雖然沒有超過額定的殼程壓力(低于200kPa),但在操作過程中,當(dāng)殼程壓力超過150kPa時,對石墨管還是造成了一定的機械損傷,導(dǎo)致石墨管破損數(shù)量增加。根據(jù)操作經(jīng)驗,當(dāng)殼程壓力達到130kPa時,濃縮裝置必須停車清理熬煮

(3)　蒸汽帶水嚴重　

每次濃縮清理熬煮時間一般為36h(從停車排酸到出成品酸),停車時間長,管線內(nèi)的蒸汽容易冷凝。濃縮使用的是發(fā)電后的低壓蒸汽,汽水混合物量大,如濃縮裝置開車時不加強冷凝水的排放,汽水混合物會進入石墨換熱器,產(chǎn)生汽水沸騰現(xiàn)象,影響石墨換熱器的安全運行,極易造成石墨換熱器爆管。為此,我公司在蒸汽管線上增裝了4只疏水閥,確保了蒸汽質(zhì)量。

(4)　旁路及主路升溫速率過快
　2003年初爆管時,濃縮旁路升溫暖管時間,僅用16min,而操作規(guī)程要求暖管時間大于或等于30min;主路升溫時,升溫速率為15℃/h,與操作規(guī)程相比1h多升溫5℃,使石墨管在升溫過程中溫差過大,局部受熱不均勻,膨脹量差異較大,也容易造成石墨管損傷。一旦遇到石墨換熱器個別管子破裂,必須緊急停車堵漏,否則蒸汽進入破損管中,易引起暴沸而發(fā)生大面積爆管。2003年初,我公司石墨管發(fā)生的88根大面積爆管,就屬于這種情況。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),爆管主要集中在石墨換熱器進口和出口部位,且破裂點集中在管子上部,表明大面積爆管是由于個別管子破裂未被及時發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致蒸汽進入破損的石墨管中,引起暴沸而發(fā)生大面積爆管。石墨換熱器個別石墨管在運行中發(fā)生破裂,有以下幾種方法可以簡單鑒別:一是測定排放冷凝液的pH值和電導(dǎo)率;二是看冷凝液的顏色是否渾濁;三是聽石墨換熱器是否有水擊的響聲。如果冷凝液呈酸性,電導(dǎo)率大于40μs/cm,就表明石墨管破損;如果冷凝液渾濁,或石墨換熱器有異常響聲,也表明石墨管已破損,必須緊急停車處理。

(5)　熬煮方法不恰當(dāng)
　2003年初前,熬煮方法是先機械清理后化學(xué)熬煮,整個清理熬煮時間36h,即從排酸到清理完石墨管12h,補加熬煮液、循環(huán)熬煮到排熬煮液共12h,從加酸升溫到出成品酸12h。由于此方法是先機械清理后化學(xué)熬煮,機械清理難度較大,清理后設(shè)備換熱效率低?，F(xiàn)改為先化學(xué)熬煮后機械清理,即排酸后,用熱水配制濃度為5%、溫度為60℃的稀硫酸溶液,用強制循環(huán)泵循環(huán)8h熬煮,清除部分垢層,再使用高壓水槍進行機械清理。這種方法所用的整個熬煮清理時間少于36h,且每次熬煮清理后,開車時殼程壓力都沒有超過60kPa(表壓),使用效果明顯優(yōu)于原來的熬煮方法。

(6)　試壓試漏及堵漏不規(guī)范
　原來檢驗石墨換熱器殼程是否泄漏時,采用壓縮空氣試壓,由于空氣的可壓縮性,加上進氣時對石墨管的沖擊,對石墨管造成了一定的損傷。實踐表明,用水試壓比空氣試壓準確,主要原因是水的不可壓縮性。原來管程試漏時,強制循環(huán)泵運行時間過短,部分附著在管壁上的垢暫時堵塞石墨管的破漏處而不易被發(fā)現(xiàn),易造成堵漏不*,因此,試漏時強制循環(huán)泵運行時間應(yīng)不少于30min。在石墨管堵漏時,采取的方法應(yīng)是先烘干石墨管,然后釘上橡皮塞止水,再用碳棒和膠泥堵漏,等膠泥固化1h后,石墨換熱器才可以投入使用,但為了提高裝置開車率,往往膠泥固化不到1h就投入了使用,止水效果達不到要求,導(dǎo)致試壓試漏及堵漏效果不好,影響了石墨換熱器的正常運行。