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旋風分離器腐蝕與防護措施

文檔作者：王錦弟文檔來源：山東恒通化工股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月15日
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收稿日期:2006 - 02 - 03
作者簡介:王錦弟,男,工程師,主要從事尿素生產(chǎn)技術工作。
旋風分離器腐蝕與防護措施
王錦弟
(山東恒通化工股份有限公司,山東郯城　276100)
　　摘　要:論述了旋風分離器的結構、工藝條件;重點分析了分離器發(fā)生腐蝕的原
因;針對不同的腐蝕原因提出了具體的優(yōu)化措施,收到了良好的技改效果。
關鍵詞:分離器;腐蝕;原因;措施
中圖分類號: TQ05019 　　文獻標識碼:A 　　文章編號:1003 - 6490 (2006) 02 - 0024 - 04
1 　概　述
在尿素生產(chǎn)過程中,為了把合成后經(jīng)過減壓加
熱,分離出未反應物料之后的溫度為90～120 ℃、濃
度約68 %～75 %(質量) 的尿素水溶液加工成固體顆
粒尿素,一般采用兩段真空蒸法工藝將水溶液中的絕
大部分水分蒸出,得到濃度在98 %～9918 %的尿素
熔融物,送造粒塔進行造粒。其流程[1 ]如圖1 。
蒸發(fā)工序的主要任務是將尿素水溶液中的水分
通過真空蒸發(fā)出去,獲得含水量小于015 %(濕基) ,
縮二脲含量小于1 %(濕基) ,其它雜質含量小于規(guī)定
指標的尿素熔融液送造粒塔進行造粒,獲得合格固體
顆粒尿素。
為獲得符合條件的顆粒尿素,一般對工藝條件的
分析和選擇采用尿素- 水平衡相圖[2 ]進行。尿素水
溶液具有雙沸點的特性,為避免操作曲線進入第一和
第二沸點之間的區(qū)域,使尿素溶液中析出部分固體尿
素,堵塞設備和管道,同時對設備和管道產(chǎn)生嚴重的
磨損,使蒸發(fā)過程無法正常進行,一般選擇蒸發(fā)的工
藝控制條件為:
圖1 　尿素蒸發(fā)流程示意圖
　
　　閃蒸槽:壓力32kPa (絕) ,溫度100 ℃;
一段蒸發(fā):壓力2616～31kPa (絕) ,溫度130 ℃;
Ur≈95 %
二段蒸發(fā): 壓力313 ～ 9kPa ( 絕) , 溫度136 ～
142 ℃;Ur≈9917 %
在蒸發(fā)設備的運行中,旋風分離器,尤其是二段
蒸發(fā)加熱器出口到二段旋風分離器進口之間的管道
等處容易發(fā)生腐蝕泄漏,系統(tǒng)抽入空氣,造成二段真
第32 卷第2 期
2006 年6 月
化工設計通訊
Chemical Engineering Design Communications
Vol132 No12
J un12006
空度難以控制在指標以內(nèi),影響成品質量,嚴重的時
候造成分離器失穩(wěn)報廢。我們對旋風分離器的腐蝕
問題進行了分析,過程如下:
2 　旋風分離器腐蝕的原因
211 　旋風分離器腐蝕的部位
旋風分離器最容易發(fā)生腐蝕的部位依次為:升膜
式加熱器上部列管、加熱器出口彎頭、矩形變徑管、分
離器下液管等處,見示意圖2 。
圖2 　旋風分離器腐蝕點示意圖
11 加熱器上部列管;21 出口彎頭;31 矩形進口管;
41 切向及各處連接焊縫;51 分離器下液管
212 　旋風分離器的選材和加工[2 ]
考慮工藝介質主要為Ur (L) 、H2O、Bi 、Am、NH3 、
CO2 等,在設備選材上根據(jù)使用溫度和操作壓力,一
般采用304L[2 ]不銹鋼。加工焊接采用氬弧焊,減少
線能量的輸入,減輕焊接接頭的敏化程度;選用25 -
22 - 2 焊接材料以獲得比較理想的耐腐蝕效果。
213 　旋風分離器各部分工作介質、工藝條件[3 ]
由物料衡算和工藝條件的選擇確定的旋風分離
器各部分的工作介質、工藝條件如下表1 。
表1 　旋風分離器各部分的工作介質、工藝條件
　　　工藝參數(shù)
位　置介質濃度/ % 溫度/ ℃ 壓力/ kPa (絕)
加熱器管程進口
H2O/ L 319
Ur/ L 95
126～130 31
加熱器管程出口
H2O/ g 314
Ur/ L 95
136～140 6～9
加熱器殼程H2O(g) 145～150 (低壓蒸氣壓力)
分離器進口管
H2O/ g 314
Ur/ L 95
136～140 6～9
分離器氣相空間
H2O/ g 95～97
Ur/ L 3～5
136～140 6～9
分離器液相出口
H2O 013～015
Ur/ L 9915～9917
136～140 6～9
　　注:工藝介質中的其他成分含量液相(下標L) 并入Ur (尿素) 含
量,氣相(下標g) 并入H2O 含量。液相其他成分主要是Bi (縮二脲) 、
Am(氨基甲酸銨) ;氣相其他成分主要是NH3 、CO2 等。其他成分的存
在不是本文討論的重點。
214 　對旋風分離器造成腐蝕的主要原因[4 ]
21411 　磨蝕
金屬表面同時受到流體介質的磨蝕和腐蝕而產(chǎn)
生破壞的一種形態(tài)。在加熱器列管上部,管內(nèi)流體介
質速度很高,接近湍流,而產(chǎn)生湍流腐蝕,在這段距離
內(nèi)列管的腐蝕速度遠遠大于其他部位。由于二段蒸
發(fā)加熱器采用快速升膜加熱器,因此,在各種腐蝕因
素中,磨蝕應該是造成設備腐蝕的重要因素。我們根
據(jù)物料衡算對加熱器中物料變化情況造成的物料流
經(jīng)列管的速度變化進行了簡單的分析,結果如下:
a1 物料形態(tài)變化
在加熱器下部的列管中,溫度較低,尿素溶液呈
現(xiàn)為液態(tài),速度較慢;列管中下部,溫度較高,溶液部
分發(fā)生鼓泡沸騰,速度較快;列管中上部分,流體處于
恒溫沸騰狀態(tài),列管中央為高速流動的氣柱帶動列管
內(nèi)壁的液膜快速上升,流體流動速度非?？?
b1 以班產(chǎn)Ur 150t 計算,尿素水溶液流經(jīng)二段蒸
發(fā)加熱器列管時,列管各部分在不同的控制壓力下的
速度如下(列管規(guī)格ª25 ×2 000 ,共85 根) [1 ] :
21412 　沖刷腐蝕
由于高速液體對彎頭、三通等產(chǎn)生機械沖刷作用
會破壞不銹鋼或鈦表面鈍化膜,并妨礙其鈍化,因而
腐蝕速率明顯增加。由上表可以看出,在正常操作壓
力范圍內(nèi),流體的流速是特別大的,尤其是對于列管
的上部,沖刷腐蝕的作用更加明顯。由于升膜加熱器
為列管式加熱器,可以根據(jù)加熱器的使用情況和周
期,有計劃的將加熱器進行反裝使用,以有效的延長
加熱器的使用壽命。
21413 　工藝控制因素造成腐蝕
主要是指溫度和壓力的變化使操作曲線進入Ur
- H2O 平衡相圖的K1 - K2[2 ]之間,使溶液中有尿素
結晶析出,高速流體夾帶著固體尿素對設備產(chǎn)生強烈
的沖刷腐蝕。
生產(chǎn)中能夠使蒸發(fā)系統(tǒng)的溫度工藝指標發(fā)生變化
的因素很多。但對二段蒸發(fā)影響較大的主要是生產(chǎn)負
荷的大幅度變化和低壓蒸氣的壓力變化。這兩個因素
第 2期 王錦弟:旋風分離器腐蝕與防護措施 25
都會使二段的溫度發(fā)生突然的降低。當自動控制系統(tǒng)的溫度回路采用簡單控制時,溫度的波動更加明顯。
表2 　不同壓力下列管內(nèi)介質的流速
壓力/ kPa (絕) 3 4 5 6 7 8 9
密度/ kg·m- 3 010219 0102873 0103547 0104212 0104867 0105523 0106168
進口流速/ m·s - 1 01168
出口流體流速/ m·s - 1 424 323 268 220 190 168 150
　　注:計算條件為每根列管中的物料Ur :010612745kg/ s ;H2O(g) M:0100292kg/ s ;列管橫截面積A :01000314m2 ,將流體流動看作恒穩(wěn)流。列管
下部為液相,忽略壓力對液相密度影響,忽略液相體積,計算結果供說明問題,更精確的結果可用流程模擬軟件Pro - Ⅱ(教學版) 。
215 　蒸發(fā)異常情況處理過程
當旋風分離器的液相出口溫度突然降低,工藝介
質體系進入過飽和區(qū)產(chǎn)生結晶,為避免工況進一步惡
化,按照操作規(guī)程一般采用短時間提高操作壓力,也
就是降低系統(tǒng)的真空度的辦法來及時將體系由過飽
和區(qū)退出。從平衡相圖可以看出,短時間提高壓力,
由于操作點向右(溫度下降) 、向上(壓力提高) 移動,
體系中水含量上升,尿素含量下降會造成產(chǎn)品的質量
下降。這個人工的操作過程總有一定的時間滯后。
在系統(tǒng)破真空操作前,操作點會沿著等壓線進入過飽
和區(qū),使溶液中析出部分固體尿素。由于及時調節(jié)控
制,體系在短時間內(nèi)退出過飽和區(qū),慢慢調節(jié)壓力和
溫度,體系重新恢復正常工藝狀態(tài)。這一調節(jié)過程
中,部分結晶尿素在高速流體的帶動下,對二蒸加熱
器、矩形管道和旋風分離器下液管都會造成嚴重的磨
蝕與沖刷腐蝕。在尿素—水(壓力- 溫度- 濃度) 平衡
相圖[2 ]中進行破真空并恢復正?？刂频牟僮鬟^程:
圖3 　尿素的壓力- 溫度- 濃度相圖示意圖
　　注:A 至B 為溫度突降的過程;B 至C 為破真空過程;C 至A 為
調整恢復系統(tǒng)工藝狀態(tài)的過程,A 為正?？刂频墓に圏c。
3 　采取的主要優(yōu)化措施
311 　設備選材與焊接工藝控制
31111 　設備選材
考慮304L 不銹鋼盡管在尿素生產(chǎn)體系中比較耐
腐蝕,但是由于二蒸加熱器操作溫度在140 ±2 ℃,同
時流體在加熱器上部列管中的流速基本處于高亞音
速的高速狀態(tài),體系對304L 不銹鋼的磨蝕與沖刷腐
蝕都非常劇烈,選用304L 不銹鋼作為加熱器制造材
料不適宜。綜合考慮各種因素后,我們委托山東臨沂
化工機械廠生產(chǎn)的Ti 系加熱器,已投入使用2a 多,
加熱器沒有發(fā)生腐蝕泄漏。
31112 　焊接工藝控制
要求設備制造和安裝單位嚴格按照要求使用焊
接材料,采用氬弧焊焊接技術進行不銹鋼的焊接和補
焊,減小線能量的輸入,減輕焊接接頭的敏化程度。
312 　操作工藝控制
主要針對尿素溶液具有雙沸點的特性和兩段真
空蒸發(fā)的工藝特點,從自動控制和操作兩方面進行了
優(yōu)化。
31211 　自動控制系統(tǒng)
a1 對蒸發(fā)系統(tǒng)使用的低壓蒸氣壓力進行穩(wěn)壓調
整,降低蒸氣壓力的大幅度波動對蒸發(fā)生產(chǎn)體系的影
響。
b1 調整尿素DCS 系統(tǒng)蒸發(fā)溫度控制的參數(shù),提
高蒸發(fā)溫度控制體系的靈敏性,保證二段蒸發(fā)溫度的
相對穩(wěn)定。
31212 　對操作控制人員加強理論和實踐操作培訓
要求操作控制人員掌握尿素蒸發(fā)工序的生產(chǎn)原
理,了解相圖的基本知識。能夠用《尿素- 水平衡相
圖》[2 ]指導生產(chǎn)操作,尤其是要清楚正常生產(chǎn)中改變
溫度、壓力后,體系進入和退出過飽區(qū)的過程。生產(chǎn)
控制中要注意循環(huán)體系二分塔液位和溫度的變化,及
時調整一段蒸發(fā)的操作,避免前系統(tǒng)對二段蒸發(fā)產(chǎn)生
較大的影響。目的在于提高控制人員嚴格執(zhí)行工藝
26 化工設計通訊 第 32卷
操作規(guī)程的自覺性,盡量減少和避免體系進入過飽和
區(qū),以減輕這一過程對系統(tǒng)的磨蝕,同時確保產(chǎn)品質
量的穩(wěn)定和均勻性。
4 　旋風分離器腐蝕控制的優(yōu)化效果
表3 　旋風分離器腐蝕控制的優(yōu)化效果表
檢漏周期更換周期其他部位檢修時間操作費用
優(yōu)化改造前3～5 個月8～12 個月2～3 個月5h 較大
優(yōu)化改造后大于18 個月3～4 個月3～4h 較小
　　注:由于加熱器改為Ti 材后,已經(jīng)連續(xù)使用2a 以上,加熱器列管
沒有發(fā)生泄漏檢修,所以加熱器使用周期應該更長。
5 　結　語
　　化工生產(chǎn)設備的耐腐蝕性一直是設備選用的首
要因素,在尿素生產(chǎn)中尤其重要。在設備的使用過程
中,要根據(jù)使用條件的變化,及時找出設備發(fā)生腐蝕
的原因并予以解決,是尿素生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、高產(chǎn)、優(yōu)
質、低耗的重要保證措施。
[參　考　文　獻]
[1 ] 　山東恒通化工股份有限公司1 恒通化工技術規(guī)程和操作法(內(nèi)
部材料) [M]120041
[ 2 ] 　袁一,王文善1 尿素[M]1 北京: 化學工業(yè)出版社, 19971
[ 3 ] 　錢鏡清,朱俊彪,陳英明,等1 尿素生產(chǎn)工藝與操作問答[M]1 第
一版1 北京: 化學工業(yè)出版社, 19881
[ 4 ] 　刁玉瑋,王立業(yè)1 化工機械設備基礎[M]1 第2 版1 大連: 大連
理工大學出版社, 19921
(上接第19 頁)
214 　反應器投料過程中的平均負荷對建立內(nèi)循環(huán)的
影響
表5 　投料負荷與建立內(nèi)循環(huán)的關系
投料負荷/ % 平均負荷/ % 建立循環(huán)時間/ h
27 21186 8
32 2611 7115
35 18176 10117
　　由表5 可以看出,反應器的投料負荷越高,中心
管底部的溫度下降速率越快,維持反應器投料后的平
均負荷就越低,以致于反應器建立循環(huán)的時間就越
長,32 %負荷下維持,持久負荷為2611 % ,但它持續(xù)
的低溫時間非常長,反應器的工況十分危險。
3 　結　語
綜上所述,我們探討歸納出了三聚氰胺反應器開
車投料的初始條件和投料的最佳負荷(見表6) 。
表6 　反應器投料的最佳初始條件
項目
反應器壓力
/ MPa
投料負荷
/ %
投料溫度
/ ℃
投氨量
/ kg·h - 1
數(shù)值810 25 - 27 400 400 - 450
　　明確了影響反應器投料的相關因素,在今后的開
車中加以驗證并達成共識,已指導生產(chǎn)。
(上接第23 頁)
3 　生產(chǎn)運行情況
經(jīng)過24h 的輕負荷運行后,轉入正常生產(chǎn),我公
司的聯(lián)醇生產(chǎn)采用雙塔并聯(lián),新鮮氣量和循環(huán)氣量可
根據(jù)兩塔催化劑的活性情況和生產(chǎn)任務進行靈活分
配,下面是轉入正常生產(chǎn)后的工藝運行下表。
4 　結　語
我公司由于使用三軸一徑混合調溫式甲醇合成
塔內(nèi)件,催化劑利用率高,床層溫差小,生產(chǎn)強度和操
作彈性大,同時降低了合成氨的能耗,提高了企業(yè)的
經(jīng)濟效益。
2005 年
操作溫度℃
1 2 3 4 5 6 7 8
入塔氣量
/ m3·h - 1
壓力
/ MPa
新鮮氣
CO/ %
醇后氣
CO/ %
產(chǎn)量
/ t
9120 245 282 261 271 265 265 263 260 62 378 1113 3182 0125 314
10131 244 285 259 272 269 270 263 261 61 754 1116 3173 0139 315
11120 247 287 257 271 271 275 269 269 65 661 1110 3198 0150 315
11130 244 281 264 278 274 275 271 268 61 690 1113 4104 0151 318
第 2期 王錦弟:旋風分離器腐蝕與防護措施 27
Abstract
Shell Coal Gasf ication Process
Wu Ying
( China Wuhuan Chemical Engineering
Corporation , Wuhan 430079 , China)
Abstract :The principle , characteristics and key equipment of
Shell coal gasfication process were introduced1 Shell coal gasfi2
cation process is high efficiency , environmental2friendly and
competitive1 Some suggestions were given to realize the key
technology and equipment industrialization in China1
Key words :Shell coal gasfication process ; technical princi2
ple ; technical characteristics ; key equipment
Analysis of Abnormal Colour
in Finished Ammonium Nitrate
ZHOU Qi2hong ,DENGLiang2jian ,LUO Jian2xun
( Sichuan L uz hou Natural Gas Chemical
Co1 , L td , L uz hou , Sichuan 646300 , China)
Abstract :Ammonium nitrate in pink red appeared occasional2
ly in recent years1 For this reason ,we have made analysis in
raw materials ,process and product examination1Some sugges2
tions are raised1
Key words :ammonium nitrate ; colour ; abnormal ; analysis
<2 400 New2style Internal Heat2Transfer
Low Pressure Radial Ammonia Synthesis Tower
TAN Xiao2shu , GOU Yong2liang ,
HUANG Rui2yang , TONG Gang
( Deyang B ranch of Sichuan Meif eng
Chemical Co1 , L td , Deyang 618000 , China)
Abstract : This paper introduces the applications of <2 400
New2style internal heat2transfer Low pressure radial1 Ammo2
nia Synthesis Tower1
Key words :Ammonia Synthesis tower ; catalyst ; applications
Discussion on Quick Start2up
of Ammonia Synthesis Unit
ZHANG Zhen2wu , L I Kai2jian
( Henan Zhongyuan Chemical Group
Co1 , L td , Puyang 457004 , China)
Abstract :Start2up time can be saved by controlling the opti2
mum velocity time of feeding , optimum temperature2rise time
of low2pressure converting furnace and adding self2heating bal2
ance design1 As a result , economic loss can be reduced1
Key words :ammonia synthesis unit ; quick start2up ; self2
heating balance design
Design , Installation and Operation
for 180 kt/ a Ammonia Conversion
WANG Su2ying , ZHANG Gong2qiao
( Jiangsu Hengsheng Fertilizer
Co1 , L td , xinyi 221400 , China)
Abstract :This paper introduces the design ,installation and oper2
ation of 180 kt/ a ammonia conversion plant1 It also describes the
economic benefits after operation1
Key words :conversion ; process ; equipment ; operating situa2
tion ; economic benefits
Discussion on New Purif ication
Process for Methanol Plant
L IU Wei2ping
( S handong Hongriakang Chemical
Co1 , L td , L inyi 276021 , China)
Abstract :This paper introduces several new purification pro2
cessed for methanol as well as the advantages1
Key words :methanol plant ; purification ; new process
Feeding Optimization for Melamine Reactor
CHEN Yan2pu , L I Kai2jian , ZHANG Zhen2wu
( Henan Zhongyuan Chemical Group
Co1 , L td , Puyang 457004 , China)
Abstract : This paper analyzes the feeding condition of
melamine reactor1 It also summarized the initial feeding condi2
tion and optimum feeding load , namely reactor pressure : 810
MPa , feeding load :25 %～27 % ,feeding temperature :400 ℃,
ammonia feeding amount :400～450 kg/ h1
Key words :melamine ;reactor ;feeding ;operation optimization
Running Condition and Analysis of
Methanol Synthesis Tower in Our Company
L I Chao
( Hebei Qianan Fertilizer Co1 , L td , Qianan 064412 , China)
Abstract : It introduces the structure of methanol synthesis
tower in our company and the gas flow process in the tower1
Key words : methanol synthesis tower ; structure ; process
flow ;running
Appl ication of <1 000mm ZF Fittings
of Inner2cool ing Insulated Axial2radial
Ammonia Synthesis Touer
ZHOU He2zhen , ZHANG Zhi2cui , SONG Tian2jun
( Jinan Fertilizer Co1 , L td , Jinan 250101 , China)
Abstract :This paper introduces the characteristics , catalyst
filling , temperature2rise reduction and situation after operation
of <1 000 ZF fitlings of inner2cooling insulated axial2radial am2
monia syntlesis tower1
Key words :catalyst ;net value ;temperature2rise reduction
Corrosion and Preventive
Measures for Cyclone Separator
WANGJin2di
( S handong Hengtong Indust rial Chemical
Co1 , L td , Tancheng 276100 , China)
Abstract : This paper discusses the structure , and working
conditim of cyclone separator. It analyzes the reason of the
corrosion ,some measures are put forward.
Key words :separator ;corrosion ;reason ;measure
Uncontinuous Stress Analysis at Joint

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