变换水循环阀门故障分析与处理

梁志敏

（中海石油化学股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 010070）

1 工艺流程简介

隶属于中海石油化学股份有限公司的天野化是设计年产52万吨尿素的大型化肥生产企业。其中合成装置变换单元采用高温一氧化碳变换流程。

气化岗位送来的原料气经低温甲醇洗脱硫后，进入增湿塔（DA301），与脱湿塔（DA302）送来的热水在塔内进行传质传热，出增湿塔的原料气进入变换炉进出口换热器（EA301）及变换炉一段进出口热器（EA302）加热。在进入变换炉一段前注入蒸汽和工艺冷凝液，目的是调整水碳比及床层入口温度。出变换炉一段的气体经EA302降温后进入变换炉二段进行变换反应，变换之后的原料气经EA301降温，经增湿塔水加热器（EA303）降温，经进入DA302脱湿，从脱湿塔顶部出来的变换气，给锅炉水换热器（EA307）降温后，进入1号分液罐（FA301）中分离出工艺冷凝液，然后经脱盐水换热器（EA306）降温，再经过循环水换热器（EA304）降温，进入2号分液罐（FA302），之后变换气送低温甲醇洗脱碳单元。来自增湿塔塔底的工艺水，由增湿塔底泵（GA301A/B）送至脱湿塔。由脱湿塔底泵（GA302A/B）送至增湿塔水加热器（EA303）中加热后进入增湿塔。变换气在1号分液罐（FA301）中分离出冷凝液作为激冷水，由工艺冷凝液泵(A-GA303A/B)加压后送入至变换炉前原料气管线内给原料气降温。2号分液罐（FA302）的凝液可为DA302塔补充系统水量，多余的凝液，送入工艺冷凝汽提塔(DA303)中，用低压蒸汽汽提，汽提后的凝液经汽提塔底泵（GA305A/B）送出系统。

2 FV305阀门基本参数

阀门通径：12英寸；阀门形式：双座调节阀；阀杆直径：25mm；阀杆材质：SUS404；阀盖材质：铸钢。

3 问题描述

2020年8月17日1:28，变换工段前系统脱硫单元，低温甲醇洗脱硫塔压差PD206HI突然出现，变换增湿塔出口原料气压力PA301出现低报警，变换单元后系统低温甲醇洗脱碳单元系统压力低报警，随后低温甲醇洗脱硫塔压差PD206HI恢复报警，之后变换炉床层温度异常上涨，变换工段多处指标异常，详细异常工况关键指标见表1变换异常工况调整前后关键指标对比表中的工况异常值一栏。

4 工况分析

岗位人员同时针对多个异常点展开分析排查。针对系统压力低报及脱硫单元压差高报，分析主要原因可能为脱硫单元后有大量原料气泄漏。考虑随后压差报警恢复的因素，及如果有大量原料气泄漏，变换触媒床层温度将会下降，但实际上床层温度异常上涨的因素，可排除可燃气大量泄漏原因。变换床层温度异常上涨，有以下几点原因，入口温度过高、负荷增大或入口CO含量高，触媒活性、系统内氧含量高，反应蒸汽少，或水碳比减少。

变换床层入口温度345℃,并不高，且当时及时增加急冷水FC303量约1t/h，但是床层温度仍持续上涨，排除入口温度导致触媒温度持续上涨的原因。气化工段工艺流程使用的是shell天然气部分氧化流程，气化工段无异常指标，CO含量不可能突然增高至变换触媒床层温度异常上涨。

排除变换单元入口CO含量高或负荷增高影响的原因。由于触媒活性只能随着使用时间的推移，触媒粉化流失，或板结，或粉尘覆盖在触媒表面而活性逐渐下降，活性突然转好的可能性极小。由于前系统炉温正常1250℃，且是部分氧化流程，不可能有多余的氧到后系统。因此排除触媒活性下降及系统内氧含量高的因素。该装置设计水碳比为3.67，入口蒸汽加入量少，空速低，将会变换床层上的热量无法被蒸汽带走。查看当时蒸汽管网蒸汽压力无异常，加入蒸汽量正常，现场蒸汽阀位正常，因此判断通过加入蒸汽配入变换的反应水蒸气正常。但变换单元加入蒸汽只占总变换配水蒸汽的一半左右。另一半的水蒸汽由增湿塔提供，增湿塔DA301塔顶温度持续下降，液位持续下降，脱湿塔液位持续上涨，判断脱湿塔至增湿塔管线不畅，现场检查脱湿塔底泵GA302电流19.5A较平时底28A低，检查GA302入口压力正常，出口压力正常但稍偏高，说明泵打压正常，脱湿塔底至泵出口管线正常，同时说明GA302入口滤网正常。因此故障点锁定在泵出口至DA302塔管线或EA303换热器不畅。而管道或换热器突然堵塞的可能性较小，该管线有一处调节阀FV305，现场检查阀位正常，但该阀门正常运行时震动声音较大，但事发时该阀门不再震动，且开关该阀门工况指标无任何反应，判断该阀门异常。后经拆检，发现阀杆断开。因此该工况最终结论为FV305阀门故障，脱湿塔至增湿塔突然断水，原料气通过增湿塔入得水蒸气大幅减少，压力下降，前系统压差高报警出现，床层温度因缺水，无法及时移走热量导致变换触媒超温。由于阀门故障，脱湿塔液位上涨，增湿塔液位下降。原料气无法通过EA303进行换热，导致原料气进入脱湿塔前温度上涨，水带至后系统的量增多，LCA301液位下降，LCA302液位先上涨后逐渐下降，温度升高后将水带入后系统，GA302打量少，电流低。

该异常工况主要对变换单元有所影响，原因为经过锅炉水，脱盐水，循环水降温分液。但如不及时调整，变换后CO含量将会持续上升，影响后系统。

图1 变换工段流程示意图

5 风险分析

不及时调整面临的最大风险为触媒超温将导致触媒板结，影响触媒寿命。GA302泵入口温度升高导致汽蚀损坏机泵。增湿塔出口温度低压力高导致管线带水冲刷腐蚀增大，给设备带来隐患。增湿塔塔底出口工艺水温度过低，将导致GA301泵机封及泵壳法兰易泄漏，脱湿塔原料气出口温度高导致原料气带入后系统的水量大，分离及处理困难。LCA301液位低、水量少，易导致DA302塔液体体分布器堵塞（经常形成结晶物堵塞分布器口），GA301泵打量少,易损坏设备。带入后系统水量大，导致DA303负荷高，环保压力大。DA302原料气入口温度T313高，易导致DA302塔气体分布器堵塞。

6 应急处理措施

（1）当变换工段前系统脱硫单元脱硫塔压差PD206HI报警出现及系统压力低报警后班组立即安排2名现场人员戴空气呼吸器现场检查，是否有大的泄漏点。同时安排专人翻看现场监控视屏，查看现场可燃气报警仪。

（2）为防止触媒过度超温,岗位人员迅速加入大量蒸汽，FC301由27t/h增加至41t/h。（前期不够果断，增加较缓慢导致变换触媒超温）同时增加FC303的激冷水流量，降低变换炉入口温度。以调整触媒温度，（岗位人员在调整时，增加激冷水量小，导致触媒超温），还可向变换炉内通入高压氮气将热量向后带走（备用措施）。如床温持续上涨可减负荷操作，紧急情况可放空调整（备用措施）。

（3）班长立即向调度室、化肥装置部门领导汇报工况。

（4）岗位人员立即关小LCV301调节阀，维持LCA301液位。

（5）由于加入蒸汽量大LCA302液位上涨迅速，开LCV302塔排液维持液位。开排液时确保地沟封堵，随时查看现场地沟液位，及时启动潜水泵送至污水处理，防止发生环保事故。

（6）关小GA301/302机泵机封冲洗水，防止机封泄漏。

（7）LCA304上涨过快时打开现场排放，防止液封。

（8）增加汽提塔蒸汽用量，保证汽提塔有放空。

工况调整前后指标对比保证如表1。

表1 变换异常工况调整前后关键指标对比表

7 处置措施

经过评估分析，最终决定采取措施如下：装置减负荷减至最低负50%，将原料气退至气化单元后放空，气化后系统停车，将变换单元隔离、泄压、置换，抽出阀芯，恢复运行。正常运行使用GA302泵出口阀调整循环水流量。进一步对阀门进行改造：加粗阀杆，将原25mm粗的阀杆加粗至35mm粗阀杆，并配套加粗调节阀上法兰盖。FV305调节阀规划增加旁路，防止再此断裂造成停车损失。

8 分析造成阀杆断的原因

正常运行时阀门进场处于震动当中，长时间震动疲劳导致阀杆断，调节阀前无直管段，弯头后直接连接阀门导致管线内介质流动不平稳，震动大造成阀杆断（图2）。

图2 断裂阀杆位置及断裂表面

9 结语

遇到该突发工况，没有操作经验及预案的情况下，第一时间应果断组织停车，不至于使触媒超温，可以减少次生事故的发生。在对装置有足够了解的情况下，可以大幅度增加蒸汽，同时调整激冷水量，降低变换入口温度，以维持触媒床层稳定。在触媒温度快速上涨时，应大量增加激冷水，大量加入激冷水的原则是调整变换炉入口温度不低于触媒的反应活性温度，即300℃，防止触媒床层温度异常。经过改造后，后期运行平稳。且通过GA302泵出口阀开度的调整，保证FV305阀门在大阀位上运行，后期该阀门未发出震动响声，未再发生阀杆断裂现象。对于现场有震动、有响声的阀门必须高度重视，及时处理。我公司曾因阀门时常震动异响导致合成压缩机出口止逆阀阀芯一半脱落，导致停车检修；空压机低压阀因长时间震动导致阀杆断裂，而使全公司停车，此次又是因为阀门长时间震动异响而导致阀杆断裂。借鉴我公司经验教训，应提早处理类似阀门，避免停车事故发生，减少开停车费用，保证长周期运行。