發(fā)表時間： 2023-05-10 16:41:56
作者： 仵 檔 (中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司)
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摘要：中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司1.5 Mt/a S Zorb裝置于2022年3月進(jìn)行了為期15 d的停工檢修。停工和開工過程中出現(xiàn)了反應(yīng)器R101內(nèi)吸附劑卸劑困難、混氫原料進(jìn)加熱爐F101兩個支路法蘭 2.8 MPa 氫氣氣密微漏、再生下料滑閥HV2634無調(diào)節(jié)作用等嚴(yán)重影響停工進(jìn)度的問題。通過改變R101底部轉(zhuǎn)劑流程,調(diào)整閉鎖料斗D106的運行參數(shù)；重新核算混氫原料進(jìn)F101兩個支路法蘭力矩緊固值，并逐步增大緊固力矩進(jìn)行緊固；拆除HV2634進(jìn)行檢查，對HV2634閥芯碎裂進(jìn)行分析，及時更換HV2634等措施，有效保障了 S Zorb 裝置的順利停工和開工。
關(guān)鍵詞：S Zorb裝置 停工 開工 卸劑 堵塞 偏流 法蘭氣密微漏 閥芯碎裂
中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司1.5 Mt/a S Zorb(簡稱1號S Zorb)裝置于2009年建成運行。2022年3月,1號S Zorb裝置進(jìn)行了為期15 d的停工檢修，對停工和開工過程中出現(xiàn)的反應(yīng)器R101內(nèi)吸附劑卸劑困難、混氫原料進(jìn)加熱爐F101兩個支路法蘭2.8 MPa氫氣氣密微漏、再生下料滑閥HV2634無調(diào)節(jié)作用等問題進(jìn)行分析總結(jié)，并提出相應(yīng)的應(yīng)對措施。
1 R101卸劑困難
1.1 R101卸劑過程
R101底部卸劑相關(guān)流程如圖1中紅色所示，R101內(nèi)吸附劑在混氫原料作用下流化，通過R101底部轉(zhuǎn)劑線在提升氫流化下進(jìn)入反應(yīng)器接收器D105，在閉鎖料斗D106步序控制時通過壓差和自重進(jìn)入D106，然后在自重和壓差下轉(zhuǎn)入再生系統(tǒng)，通過再生系統(tǒng)完成卸劑。
2022年3月1日，1號S Zorb裝置按停工計劃反應(yīng)進(jìn)料量逐步降低，反應(yīng)系統(tǒng)同時卸劑，05∶00 D106在1.2步開始收不到劑，經(jīng)過多次操作調(diào)整，10∶12 D106在1.2步開始逐步收劑正常。卸劑過程中循環(huán)氫流量FIC1102維持在 13 500 m3/h左右，D105內(nèi)吸附劑壓差在6 kPa以下，反應(yīng)進(jìn)料量FIC1101由125 t/h降至100 t/h，R101床層壓差由61.9 kPa降至59.5 kPa，此時D106在1.2步開始收劑困難，R101內(nèi)吸附劑無法轉(zhuǎn)出。停工過程中首先要把R101內(nèi)吸附劑轉(zhuǎn)出，R101無法正常卸劑將會阻礙整個停工和開工進(jìn)程。
1.2 R101卸劑困難原因分析
1.2.1 R101底部轉(zhuǎn)劑線堵塞
由于D105內(nèi)吸附劑壓差較低，因此通過延長D106的收劑時間來增加D106收劑量，但無明顯收劑。進(jìn)一步判斷R101底部轉(zhuǎn)劑線可能堵塞，吸附劑無法從R101底部轉(zhuǎn)至D105從而導(dǎo)致D106收不到劑，因此通過底部卸劑線提升氫氣量進(jìn)行倒頂操作，多次嘗試并逐步增大倒頂強(qiáng)度，D106仍無法收到吸附劑。由于倒頂時流量正常，判斷R101底部轉(zhuǎn)劑管線并未堵塞。
1.2.2 R101底部與D105壓差不足
R101底部與D105有一定的高度差，壓差不足時無法克服吸附劑自重與管線摩擦力等阻力，因此將R101底部轉(zhuǎn)劑線從去D105改至去D105下料閥之間直接進(jìn)入D106進(jìn)行卸劑，如圖1中藍(lán)線所示，但D106仍無法收到吸附劑。
D102—還原器；R101—反應(yīng)器；ME101—反應(yīng)器過濾器；D105—反應(yīng)器接收器；D106—閉鎖料斗;PDI2001—泡罩壓力降；TI2003，TI2004—徑向溫度；FIC1101—反應(yīng)進(jìn)料量；FIC1102—循環(huán)氫流量。
圖1 R101底部卸劑相關(guān)流程
Fig.1 Process for removing adsorbent from bottom of R101
1.2.3 R101底部轉(zhuǎn)劑線區(qū)域發(fā)生偏流
R101線速FYXS從0.30 m/s逐漸降低至 0.25 m/s過程中，泡罩壓力降PDI2001從14.80 kPa降至0.03 kPa；同時R101徑向溫度TI2003和TI2004差值在逐漸增大，正常運行時徑向溫差一般不大于2 ℃，而泡罩壓差接近0時，TI2003為449 ℃(工藝卡片450 ℃),TI2004為416 ℃,徑向溫差達(dá)到33 ℃，明顯超出正常范圍，判斷吸附劑在TI2003側(cè)聚集，流化效果變差。綜上所述,D106在1.2步收不到劑可能是降量過程中吸附劑流化效果變差，吸附劑聚集而偏流所致。
R101屬于鼓泡流化床，底部轉(zhuǎn)劑時為密相輸送過程，吸附劑的輸送靠的是壓差推動[1]。反應(yīng)器底部3種流化狀態(tài)見圖2，正常流化時，吸附劑基團(tuán)在重力、浮力、氣體曳力作用下攪拌流動懸浮在反應(yīng)器內(nèi)；轉(zhuǎn)劑時，由于轉(zhuǎn)劑線壓差的存在，吸附劑基團(tuán)流化平衡狀態(tài)被打破，吸附劑基團(tuán)在壓差推動下隨流化氣體從低壓區(qū)底部轉(zhuǎn)劑線轉(zhuǎn)出；進(jìn)料量與反應(yīng)器藏量不匹配或泡罩堵塞等因素會造成流化效果變差吸附劑基團(tuán)聚集而偏流，氣體更容易從低壓區(qū)底部轉(zhuǎn)劑線流出，吸附劑基團(tuán)則被流化氣體擋在反應(yīng)器內(nèi)無法轉(zhuǎn)出，此時需要更大的壓差打破偏流狀態(tài)，建立新的轉(zhuǎn)劑流化平衡。
圖2 反應(yīng)器底部3種流化狀態(tài)
Fig.2 Three fluidization states at the bottom of the reactor
逐步增大D106在1.2步的收料壓差PDI2301到0.24 MPa時，D106開始收到吸附劑，此時FIC1101已經(jīng)降至60 t/h，F(xiàn)IC1102增加到16 200 m3/h，這對吸附劑的流化效果有一定的影響。由于密相輸送靠的是壓差推動，發(fā)生偏流時增大D106的收劑壓差在D106收劑過程中起著關(guān)鍵作用。圖3為裝置停工后R101底部泡罩吸附劑清理前后現(xiàn)場圖，清理前R101底部卸劑線兩側(cè)均有明顯的吸附劑堆積結(jié)塊，這也與卸劑過程中發(fā)生偏流現(xiàn)象相符合。
為了保障停工過程中正常卸劑，需要找到一個與進(jìn)料量和反應(yīng)器內(nèi)吸附劑藏量相關(guān)的參數(shù)作為參照。泡罩壓力降除與泡罩設(shè)計本身阻力系數(shù)、開孔率相關(guān)外還與氣體流速、床層壓力降有關(guān)，因此泡罩壓力降可以作為衡量停工過程中進(jìn)料量和反應(yīng)器藏量的一個參照。根據(jù)Yang等[2]提出的理論，為了實現(xiàn)均勻的氣體分布，泡罩壓力降不能太低，應(yīng)大于床層壓力降的30%。按此理論，1號S Zorb正常運行時反應(yīng)器床層壓力降為80 kPa，理論泡罩壓力降則為24 kPa，與實際操作泡罩壓力降24 kPa相符合。停工過程中，反應(yīng)器床層壓力降在59 kPa時，泡罩壓力降從17 kPa→15 kPa→10 kPa→0.023 kPa,與床層壓力降相差較大，不利于氣體均勻分布。因此停工過程中，可以以泡罩壓力降為床層壓力降的10%～30%或者更適合本裝置的泡罩壓力降與床層壓力降的關(guān)系為參照，調(diào)整進(jìn)料量和反應(yīng)器藏量，保障吸附劑流化均勻正常卸劑。
圖3 R101底部泡罩吸附劑清理前后對比
Fig.3 Comparison of R101 bottom bubble cover adsorbent before and after cleaning
1.3 應(yīng)對措施及建議
(1)反應(yīng)器底部卸劑時閉鎖料斗1.2步收不到劑可能原因：轉(zhuǎn)劑管線堵塞、轉(zhuǎn)劑管線預(yù)熱程度不夠、壓差不足、偏流、提升氫氣量不足/過大、儀表故障等，要根據(jù)具體現(xiàn)象進(jìn)行分析，采取對應(yīng)措施。
(2)停工過程中，可以以泡罩壓力降為床層壓力降的10%～30%或者更適合本裝置的泡罩壓力降與床層壓力降的關(guān)系為參照，調(diào)整進(jìn)料量和反應(yīng)器藏量，保障吸附劑流化均勻正常卸劑。
(3)判斷吸附劑流化質(zhì)量方法：床層溫度分布、床層徑向壓差、床層壓差、用聽棒聽設(shè)備內(nèi)聲音、泡罩壓差等。有偏流現(xiàn)象發(fā)生時及時調(diào)整進(jìn)料量和反應(yīng)器藏量，因此造成反應(yīng)器底部卸劑過程中閉鎖料斗收料困難時，適當(dāng)增大閉鎖料斗壓差。
2 混氫原料進(jìn)加熱爐兩支路法蘭氣密微漏
2.1 力矩緊固原理
力矩緊固是在螺栓緊固過程中使用液壓、電動、氣動等驅(qū)動控制系統(tǒng)精準(zhǔn)控制螺栓緊固力矩大小，提高螺栓連接的可靠性，降低螺栓疲勞斷裂而造成的危險性，實現(xiàn)零泄漏的目標(biāo)[3-4]。螺栓力矩緊固扭矩值是根據(jù)螺栓的參數(shù)結(jié)合現(xiàn)場實際工況，按照ASME PCC-1—2019 Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly中壓力容器法蘭螺栓的負(fù)荷計算得出，螺栓屈服強(qiáng)度取值范圍40%～70%。根據(jù)式(1)～(2)精確計算法蘭穩(wěn)定工作所需要的螺栓載荷，從而設(shè)定螺栓緊固力矩值。
目標(biāo)扭矩(螺母系數(shù)法)
T=F×D×K/1 000 (1)
螺栓預(yù)緊力
F=As×δy×P (2)
式中：T為緊固扭矩,N·m；F為螺栓預(yù)緊力,N；D為螺栓公稱直徑,mm；K為摩擦系數(shù)(綜合螺紋摩擦系數(shù)和螺母與法蘭面摩擦系數(shù))；As為螺紋應(yīng)力截面積,mm2；δy為螺栓屈服極限值,MPa； P為螺栓屈服百分比(ASME默認(rèn)值是50%)。
兩同步緊固模式見圖4，可使螺栓有效載荷趨于一致，法蘭平行閉合。緊固步驟如下：
法蘭對中，手動或呆扳手預(yù)緊螺栓，調(diào)整螺栓露頭0～3牙距，調(diào)整平行度；調(diào)至30%扭矩值，緊固螺栓組1～2號，測量法蘭間隙，調(diào)整法蘭平行度；調(diào)至60%扭矩值，緊固螺栓組3～4號，測量法蘭間隙，調(diào)整法蘭平行度；調(diào)至100%扭矩值，緊固螺栓組5～8號，然后順時針緊固2圈+3顆螺栓。
圖4 混氫原料進(jìn)加熱爐兩個支路法蘭螺栓兩同步緊固編號
Fig.4 Two synchronous tightenings for two branch flange bolts of mixed hydrogen feedstocks into the heating furnace
2.2 混氫原料進(jìn)加熱爐兩支路法蘭力矩緊固過程
混氫原料進(jìn)加熱爐兩個支路法蘭為氫氣、油氣介質(zhì)、壓力3.0 MPa、溫度370 ℃左右。法蘭規(guī)格DN250,PN11；螺栓數(shù)量16、規(guī)格M33、材質(zhì)25Cr2MoVA/35CrMOA；墊片規(guī)格DN250,PN11、材質(zhì)金屬纏繞墊片+石墨層。為確保裝置安全平穩(wěn)運行，混氫原料進(jìn)加熱爐兩個支路法蘭均采用力矩緊固技術(shù)進(jìn)行緊固。根據(jù)式(1)～(2)計算，確定混氫原料進(jìn)加熱爐兩個支路法蘭穩(wěn)定工作所需要的螺栓緊固扭矩為1 550 N·m，回裝時均采用PMX-4型中空液壓扳手，兩同步緊固模式。裝置開工前要對臨氫系統(tǒng)進(jìn)行2.8 MPa氫氣氣密，用肥皂水檢查過程中發(fā)現(xiàn)混氫原料進(jìn)加熱爐兩個支路法蘭均有連續(xù)微小氣泡,確定兩處密封有問題。
2.3 混氫原料進(jìn)加熱爐兩支路法蘭氣密微漏分析
混氫原料進(jìn)加熱爐兩個支路法蘭位于高處，腳手架平臺小,操作不方便，相比之下出口兩個支路法蘭操作時比較方便，氣密也正常；同時加熱爐區(qū)域法蘭通過夜間加班完成，回裝緊固時間較緊張，視線也不好；工作人員處于疲勞狀態(tài)，安全意識下滑等因素造成此兩處法蘭緊固過程出現(xiàn)問題，氣密不合格。
首先通過外觀檢查兩個支路法蘭螺栓、墊片及測量平行度均正常，判斷可能是力矩緊固不到位。因此重新用PMX-4型中空液壓扳手，按扭矩1 550 N·m進(jìn)行力矩緊固。其中一支路法蘭緊固后，用肥皂水檢查無明顯氣泡，確認(rèn)密封正常。而另一支路法蘭重新緊固后仍然有連續(xù)的微小氣泡溢出。
對另一支路法蘭進(jìn)一步分析，判斷可能是回裝過程中有微小雜質(zhì)進(jìn)入密封面，導(dǎo)致密封效果變差；同時發(fā)現(xiàn)泄漏點處相鄰的螺栓均為舊的螺栓，螺栓上的鐵銹可能未清理干凈，造成螺栓螺母間摩擦系數(shù)、螺母與法蘭面間摩擦系數(shù)比計算摩擦系數(shù)K值偏大，此時1 550 N·m的螺栓扭矩值并不能使法蘭密封面起到穩(wěn)定密封的作用。因此按照螺栓材質(zhì)、規(guī)格、強(qiáng)度和操作工況結(jié)合式(1)～(2)復(fù)核計算螺栓扭矩為2 100 N·m。按2 100 N·m扭矩值重新緊固后，用肥皂水檢查無明顯氣泡，確認(rèn)氣密合格。
2.4 應(yīng)對措施及建議
(1)法蘭回裝除做好密封面檢查外，還要注意回裝過程中密封面保持清潔干凈，直到回裝完成。
(2)利舊螺栓要清洗干凈與新螺栓交叉均勻?qū)ΨQ使用，涉及到高溫、高壓、危險介質(zhì)關(guān)鍵法蘭多備一些新的螺栓。
(3)涉及到高處、空間操作不便、夜間等特殊環(huán)境的法蘭回裝，加強(qiáng)關(guān)注和檢查。
3 HV2634閥芯碎裂
3.1 HV2634閥芯
滑閥是利用閥芯在閥體密封面上做軸向滑動，改變流體進(jìn)出口通道位置來控制流體流量的一種特殊閥門。與常規(guī)閥門相比，滑閥閥芯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，適用于粉塵類固體輸送用途。該裝置HV2634閥芯材質(zhì)采用鈷鉻鎢整體燒結(jié)硬質(zhì)合金，硬度可達(dá)HRC65，可以抵抗固體顆粒對閥芯造成的沖蝕。閥芯上開有T型槽，與閥桿的T型扣連接，保證閥芯始終處于浮動狀態(tài)、提高閥門的密封性能。
裝置開工過程中因再生器底部下料不暢，HV2634臨時下線，工藝用短節(jié)連接，下料正常后HV2634復(fù)位投用。但調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)HV2634無調(diào)節(jié)作用，閥門開到最大依然無影響，通過多次開關(guān)調(diào)整仍無法解決。最終將閥門拆下進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)閥芯已經(jīng)脫落碎裂。
3.2 HV2634閥芯碎裂原因分析
HV2634為氣開閥，失氣狀態(tài)下閥門應(yīng)為全關(guān)。在滑閥回裝過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)可以從HV2634法蘭一端，通過閥座上的一個月牙形缺口看到法蘭另一端，誤認(rèn)為閥門是半開狀態(tài)便復(fù)位。閥座上的月牙形缺口其實是閥板脫落后沒有完全關(guān)閉閥座形成的，說明閥門在復(fù)位前閥板已經(jīng)脫落。根據(jù)閥板兩端尖角斷裂部位分析，判斷閥板是在行程中碰到硬物卡住，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作過程中閥板尖角破碎，隨后閥板凹槽再斷裂，閥桿和閥板脫開，閥板掉落至導(dǎo)向槽，造成閥座直通閥門處于開啟狀態(tài)，失去調(diào)節(jié)作用。
3.3 應(yīng)對措施及建議
(1)做好閥門及閥內(nèi)件、定位器等備件工作，確保閥門出現(xiàn)故障能及時修復(fù)，保障安全平穩(wěn)生產(chǎn)。
(2)做好閥門維護(hù)保養(yǎng)，跟蹤調(diào)節(jié)閥的生命周期。對閥門的內(nèi)漏、閥內(nèi)件的使用磨損情況，做好臺賬記錄，分析原因提高同類閥的苛刻環(huán)境使用經(jīng)驗，改進(jìn)閥門的生命周期。
4 結(jié) 論
(1)停工過程中，反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生偏流導(dǎo)致卸劑困難，通過增大D106在1.2步的壓差，最終順利卸劑。反應(yīng)器底部卸劑困難時，要根據(jù)具體現(xiàn)象進(jìn)行分析，采取對應(yīng)措施；可以以泡罩壓力降為床層壓力降的10%～30%或者更適合該裝置的泡罩壓力降與床層壓力降的關(guān)系為參照，調(diào)整進(jìn)料量和反應(yīng)器內(nèi)吸附劑藏量；因偏流造成反應(yīng)器卸劑困難時，逐步增大卸劑壓差。
(2)法蘭回裝除做好密封面檢查外，還要注意回裝過程中密封面保持清潔干凈，直到回裝完成；利舊螺栓要清洗干凈與新螺栓交叉均勻使用，涉及到高溫、高壓、危險介質(zhì)關(guān)鍵法蘭多備一些新的螺栓；涉及到高處、空間操作不便、夜間等特殊環(huán)境的法蘭回裝，加強(qiáng)關(guān)注和檢查。
(3)針對使用環(huán)境苛刻易損壞的閥門，做好閥門、閥內(nèi)件、定位器等備件工作，確保閥門出現(xiàn)故障時可及時更換或修復(fù)；做好閥門維護(hù)保養(yǎng)，提高同類閥的苛刻環(huán)境使用經(jīng)驗，改進(jìn)閥門的生命周期。
