我公司磷酸二銨生產能力為26萬t/a,濃縮裝置生產能力為12萬t/a。2003年初濃縮石墨換熱器在運行過程中,發生了大面積爆管,一次爆管達88根,造成了重大經濟損失,給生產帶來了嚴重影響。現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,經強制循環泵強制循環,真空蒸發后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大氣冷凝器冷卻后進入循環水系統,不凝性氣體被真空噴射器排入大氣。低壓蒸汽經石墨換熱器換熱后產生部分冷凝液,送往除鹽水站或供反應工序使用。

1·2　主要操作指標
(見表1)

2　主要設備規格及型號
主要設備規格及型號見表2



3　爆管原因分析及預防
(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*有很大的關系。濃縮清理熬煮每月2次,每次應**,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壁易形成鈣鹽、氟鹽,導致結垢,如不*清理,垢會越結越厚,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壁的結垢進行機械清理,主要靠高壓水使垢層松動而落下。如果石墨管結垢致密,垢層厚,大槍頭根本無法進入石墨管內清理,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。表明結垢逐月增厚,石墨管內徑逐月減小,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,保證了裝置的生產能力。

(2)　殼程壓力高　
為了保證生產負荷,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,導致石墨管破損數量增加。根據操作經驗,當殼程壓力達到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,管線內的蒸汽容易冷凝。濃縮使用的是發電后的低壓蒸汽,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,產生汽水沸騰現象,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,易引起暴沸而發生大面積爆管。2003年初,我公司石墨管發生的88根大面積爆管,就屬于這種情況。經檢查發現,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現,導致蒸汽進入破損的石墨管中,引起暴沸而發生大面積爆管。石墨換熱器個別石墨管在運行中發生破裂,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
　2003年初前,熬煮方法是先機械清理后化學熬煮,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熬煮,機械清理難度較大,清理后設備換熱效率低。現改為先化學熬煮后機械清理,即排酸后,用熱水配制濃度為5%、溫度為60℃的稀硫酸溶液,用強制循環泵循環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),使用效果明顯優于原來的熬煮方法。

(6)　試壓試漏及堵漏不規范
　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現,易造成堵漏不*,因此,試漏時強制循環泵運行時間應不少于30min。在石墨管堵漏時,采取的方法應是先烘干石墨管,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。