李建軍，王建任，何賢明，韓俊杰

(中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司天等錳礦分公司，廣西 天等 532807)

配氨水工序是中信大錳(天等)新材料有限公司生產(chǎn)輔助工序，主要負(fù)責(zé)向化合工序、電解工序提供合格的氨水，配氨水工序的好壞直接關(guān)系到整個(gè)電解金屬錳生產(chǎn)能否正常運(yùn)行，氨蒸發(fā)器列管泄漏，直接影響本裝置和供氨水系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行，而且設(shè)備檢修、更新工作繁重，同時(shí)影響到了生產(chǎn)。針對(duì)這些狀況，查找影響的因素，為今后防止和減少同類(lèi)失效事故發(fā)生提供依據(jù)和對(duì)策，保證設(shè)備使用的安全性和確保生產(chǎn)能夠穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行。

1 氨蒸發(fā)器列管泄漏檢查

車(chē)間在1號(hào)氨蒸發(fā)器剛剛投入運(yùn)行時(shí)，操作人員反映在氨水工序的循環(huán)水池旁聞到比較濃的氨味，而且發(fā)現(xiàn)氨蒸發(fā)器及出口管道全部結(jié)霜的現(xiàn)象，并聽(tīng)到氨蒸發(fā)器有異常響聲;氨蒸發(fā)器當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)程壓力顯示液位只有0.03 t，現(xiàn)場(chǎng)看不到液位，氨蒸發(fā)器壓力為0.4 MPa，閥門(mén)開(kāi)度只有1/4。根據(jù)上述情況，操作人員立即將1號(hào)氨蒸發(fā)器解列，并將2號(hào)氨蒸發(fā)器投入運(yùn)行，通過(guò)母管向外供氨水，以保證電解生產(chǎn)正常運(yùn)行。

事后組織維修人員對(duì)氨蒸發(fā)器進(jìn)行解體檢查，具體步驟：a檢查氨蒸發(fā)器筒體外觀(guān);b檢查氨蒸發(fā)器泄漏量。通過(guò)對(duì)蒸發(fā)器殼程進(jìn)行加水檢漏，發(fā)現(xiàn)該氨蒸發(fā)器列管泄漏嚴(yán)重，有19根列管泄漏，列管泄漏點(diǎn)靠近蒸發(fā)器列管循環(huán)水出口端;c檢查氨蒸發(fā)器列管爆裂段。采用擴(kuò)張法，把泄漏比較重的列管焊接部分?jǐn)U開(kāi)，通過(guò)人工把這條列管拉出來(lái)，從拉出來(lái)的管道表面看，管道外側(cè)無(wú)腐蝕，經(jīng)檢查列管中有1段管已爆裂，裂縫長(zhǎng)約100 mm，裂口沿軸向分布，裂口處管道直徑明顯增粗，在與裂口連接的管道內(nèi)有1段腐蝕比較嚴(yán)重，其他部分基本無(wú)內(nèi)腐蝕。

2 氨蒸發(fā)器列管爆裂原因分析

2.1 現(xiàn)象分析

氨蒸發(fā)器列管突然爆開(kāi)，液氨進(jìn)入氨蒸發(fā)器列管，與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氨水，氨水隨著循環(huán)水回到循環(huán)水池中，循環(huán)水池是敞開(kāi)式的，氨水中的氨蒸發(fā)出來(lái)，所以在循環(huán)水池旁聞到比較濃的氨味;由于氨與水反應(yīng)是放熱反應(yīng)，放出大量熱量，隨著溫度的升高，氨蒸發(fā)器內(nèi)的液氨加劇氣化成氣氨，大量的氣氨涌向高位吸氨器，液氨蒸發(fā)成氣氨，吸收大量熱量，氨蒸發(fā)器和出口管道沒(méi)有保冷層，氨直接從空氣中吸收熱量，引起設(shè)備周?chē)諝鉁囟认陆?，空氣中的飽和水附在設(shè)備和管道外壁上，從而出現(xiàn)氨蒸發(fā)器及出口管道結(jié)霜的現(xiàn)象;同時(shí)，由于氨蒸發(fā)器內(nèi)外溫差產(chǎn)生的應(yīng)力，造成氨蒸發(fā)器發(fā)出異常的響聲［1-3］。

拆開(kāi)氨蒸發(fā)器兩端封頭，對(duì)其筒體兩端列管口進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)列管內(nèi)側(cè)有銹斑，腐蝕不嚴(yán)重，屬輕度腐蝕。

2.2 事故原因分析

1)不良操作習(xí)慣導(dǎo)致列管凍裂

氨蒸發(fā)器運(yùn)行為間歇操作，工作結(jié)束前，必須將殼程內(nèi)液氨蒸發(fā)完，蒸發(fā)器內(nèi)的循環(huán)水排凈。由于實(shí)際生產(chǎn)中每天運(yùn)行需開(kāi)停車(chē)幾次，每次停車(chē)的時(shí)間只有2～3 h，操作人員主觀(guān)認(rèn)為停車(chē)時(shí)間不長(zhǎng)，因此每次停車(chē)后并沒(méi)有排循環(huán)水，然而蒸發(fā)器內(nèi)的液氨只是大部分蒸發(fā)完，容器內(nèi)還殘存少量液氨，極易發(fā)生氨蒸發(fā)器列管凍裂情況。從現(xiàn)場(chǎng)列管爆裂的位置看，發(fā)生氨蒸發(fā)器列管凍裂全部在氨蒸發(fā)器循環(huán)水出口端位置，該位置是循環(huán)水中溫度最低點(diǎn)，當(dāng)水停止流動(dòng)，該處的列管極容易被凍裂。

2)頻繁操作進(jìn)液氨旁路閥門(mén)

由于調(diào)節(jié)閥存在缺陷問(wèn)題，操作人員靠打開(kāi)旁路閥門(mén)加氨，在1個(gè)工作日中，操作人員完全憑操作經(jīng)驗(yàn)頻繁啟閉進(jìn)液氨閥門(mén)，以控制蒸發(fā)器內(nèi)液氨的液位，在這種交變的操作壓力下會(huì)引起機(jī)械應(yīng)力的交變;同樣，操作溫度也在一定的范圍內(nèi)不停地變化，而引起熱應(yīng)力的交變。氨蒸發(fā)器經(jīng)常運(yùn)行在這種交變載荷下，由于變應(yīng)力作用，也會(huì)導(dǎo)致列管萌發(fā)疲勞裂紋，并擴(kuò)展為低循環(huán)疲勞失效。

3)氨蒸發(fā)器底部積液罐設(shè)計(jì)偏大

氨蒸發(fā)器底部有1個(gè)積液罐，由于積液罐設(shè)計(jì)容積偏大，其底部集結(jié)的液氨較多，而現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)又無(wú)法正常顯示其真實(shí)液位，會(huì)造成液氨蒸發(fā)器停車(chē)時(shí)液氨無(wú)法全部排盡，極易導(dǎo)致蒸發(fā)器列管凍裂。

4)列管工作溫度偏低

氨蒸發(fā)器列管采用20號(hào)鋼，使用的溫度下限為－20℃;當(dāng)氨蒸發(fā)壓力在0.2 MPa狀態(tài)下運(yùn)行，液氨蒸發(fā)溫度就會(huì)在－20℃左右;而經(jīng)常工作在材料設(shè)計(jì)溫度的下限，會(huì)使列管脆性斷裂的可能性增大，也會(huì)容易引起列管泄漏事件。

5)列管材質(zhì)及制造存在問(wèn)題

氨蒸發(fā)器殼程有液氨，此介質(zhì)對(duì)碳鋼和低合金鋼材料不會(huì)引起較大的嚴(yán)重腐蝕，但當(dāng)材料的局部鈍化膜不完整或被破壞后，就會(huì)給腐蝕創(chuàng)造條件。由于制造加工、修理改造的殘余應(yīng)力，以及結(jié)構(gòu)上形成的應(yīng)力集中點(diǎn)，如列管與折流板交界處存在應(yīng)力集中狀況，使管子在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)聯(lián)合作用下誘發(fā)應(yīng)力腐蝕，可能出現(xiàn)脆性破壞，或者產(chǎn)生微小裂紋，產(chǎn)生其他破壞形式的隱患。

綜合上述，本次氨蒸發(fā)器列管泄漏的主要原因是操作不規(guī)范，不嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程釀成結(jié)果。

3 預(yù)防措施

1)更換泄漏的列管

目前氨蒸發(fā)器爆裂的列管有19條，其他的列管沒(méi)有問(wèn)題，只需要更換泄漏的19根列管。其他列管待有機(jī)會(huì)時(shí)將其全部更換為耐低溫32無(wú)縫管，提高氨蒸發(fā)器列管使用的安全性、可靠性。

2)完善操作規(guī)程

由于配氨工序?yàn)殚g歇操作，在短期停車(chē)時(shí)，要求循環(huán)水系統(tǒng)不停車(chē);如果需要長(zhǎng)期停車(chē)，在停車(chē)前，需將氨蒸發(fā)器內(nèi)的液氨全部蒸發(fā)完(含氨蒸發(fā)器底部);并且循環(huán)水系統(tǒng)繼續(xù)打循環(huán)，直至氨蒸發(fā)器外部看不到水痕為止，并將蒸發(fā)器內(nèi)的循環(huán)水排凈。

3)完善儀表控制系統(tǒng)

目前配氨工序儀表控制系統(tǒng)使用不穩(wěn)定，液位不準(zhǔn)，調(diào)節(jié)閥不靈活。要求對(duì)儀表系統(tǒng)逐一進(jìn)行檢查、調(diào)試，為配氨操作人員提供安全、穩(wěn)定、可靠的監(jiān)視控制系統(tǒng)。

4)審核氨蒸發(fā)器底部積液罐容積

審核氨蒸發(fā)器底部積液罐容積，確保積液罐容積設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、試驗(yàn)及檢查、試運(yùn)行、考核、最終交付等應(yīng)符合相關(guān)的中國(guó)法律及規(guī)范，消除氨蒸發(fā)器列管凍裂的潛在隱患。

5)完善工藝控制指標(biāo)

由于氨蒸發(fā)器列管的材質(zhì)為20號(hào)鋼，使用的溫度下限為－20℃。為避免列管產(chǎn)生脆性斷裂，將氨蒸發(fā)器蒸發(fā)壓力控制在0.4～0.6 MPa，確保液氨蒸發(fā)溫度在0℃以上運(yùn)行。

6)循環(huán)水處理

從現(xiàn)場(chǎng)看，循環(huán)水質(zhì)很差，配氨工序使用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)容易堵塞列管，為了防止循環(huán)水帶污泥或雜物進(jìn)入氨蒸發(fā)器列管，引起氨蒸發(fā)器列管堵塞或結(jié)垢，建議對(duì)循環(huán)水進(jìn)行過(guò)濾處理。

7)技能培訓(xùn)與管理

加強(qiáng)崗位員工培訓(xùn)，提高崗位員工的操作技能［4］;強(qiáng)化操作人員持證上崗的管理;強(qiáng)化配氨工序檢查和考核的管理，不斷提高員工的負(fù)責(zé)任心，確保配氨水工序裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

液氨蒸發(fā)器自從更換耐低溫32無(wú)縫管后運(yùn)行穩(wěn)定，未再發(fā)生列管泄漏事故，蒸發(fā)能力也得到明顯提高，能同時(shí)滿(mǎn)足3萬(wàn)t/a電解金屬錳廠(chǎng)生產(chǎn)用氨需求，確保了生產(chǎn)能夠正常運(yùn)行。

［1］沈佩文.氨蒸發(fā)器列管爆裂的原因分析［J］.化工生產(chǎn)與技術(shù)，2003，10(3)：36－37.

［2］周德紅，趙云勝，胡敏濤，等.合成氨廠(chǎng)液氨儲(chǔ)罐泄漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.安全與環(huán)境工程，2009，16(2)：101－104.

［3］鄭楊煒，謝殿榮，何衍興，等.基于MATLAB的液氨泄漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.安全與環(huán)境工程，2010，17(1)：41－44.

［4］林允明.設(shè)備管理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.