谷國華

(山東泰山鋼鐵集團有限公司,山東萊蕪271100)

液氨輸送管道堵塞原因分析

谷國華

(山東泰山鋼鐵集團有限公司,山東萊蕪271100)

冷軋鋼板退火使用液氨制氮,在輸送液氨管道中經常發(fā)生堵塞。通過X射線定性和定量分析,得出液氨管道堵塞與液氨在當前輸送條件下發(fā)生銨鹽結晶有關。

液氨;堵塞;銨鹽結晶

1 引言

冷軋鋼帶退火保護氣通常使用氨分解,制氮機氨分解和制氫發(fā)生裝置都是以液氨為原料,經汽化后將氨氣加熱到一定溫度,在催化劑作用下,氨發(fā)生分解成氫氮混合氣體,液氨氣化預熱后進入裝有催化劑的分解爐,在一定溫度壓力和催化劑的作用下氨即分解,產生含氫75%、氮25%的混合氣,氣體經熱交換器和冷卻器及流量計后,可進行純化處理或直接使用。某冷軋薄板廠在進行液氨輸送管道中經常發(fā)生堵塞,造成生產用液氨不能正常供應,現(xiàn)就來樣液氨管道堵塞物進行分析。

2 試驗方法

對發(fā)生堵塞管道部位進行宏觀分析。使用英國INCA Energy X衍射能譜儀進行X射線能譜分析,使用日本ZXS100e 5700 X射線熒光分析儀定量分析方法確認堵塞物的主要成分,使用灼燒法測定固體不揮發(fā)物含量。

3 試驗結果

3.1 宏觀特征

發(fā)生堵塞的管道見圖1,堵塞發(fā)生控制閥門連接處,閥門的開關直接影響流體流動方式發(fā)生改變,對流體的粘滯產生一定影響見圖2。使用人工方法將堵塞物進行清理和收集見圖3,收集到的堵塞物(見圖3中工人手持紙杯內物質)為不規(guī)則固體物質,相對較大塊狀聚集物以結晶狀物質為主(見圖4中左上角堵塞物),紅褐色粉固狀物質(見圖4中右下角)有強烈刺鼻的化肥味道,堵塞物存在很大的揮發(fā)性。

圖1 冷軋廠發(fā)生堵塞的液氨管道位置

圖2 發(fā)生堵塞的閥門截面圖

根據(jù)圖5中衍射圖譜顯示,堵塞物中主要物質為銨鹽,根據(jù)特征峰推測樣品中可能的物質見圖5右側所示,這些物質具有不穩(wěn)定性,受熱極易揮發(fā)。

圖3 堵塞物的的取樣位置

圖4 堵塞物的近貌

圖5 堵塞物的X射線衍射圖譜

3.2 重量分析與熒光分析

因為樣品有很大的揮發(fā)性,銨鹽也存在極大的不穩(wěn)定性,故對樣品進行灼燒處理,取少量樣品5g進行灼燒,灼燒后稱重0.8g,灼燒殘余占總取樣樣品量的0.8÷5×100%= 16%。故堵塞物中的主要物質為可灼燒分解的銨鹽,約占84%。

對灼燒剩余殘渣的熒光檢測結果顯示,液氨管道堵塞物灼燒殘渣以Al(氧化物比重44.5%)和Zn(氧化物比重41.8%)為主的雜質化合物,含有極少量的Fe、Cr、Mg的氧化物。

表1 堵塞物樣品灼燒后殘余固體物主要組織成分

4 分析討論

液氨管道堵塞物的X射線衍射譜圖顯示該種物質中不存在C元素和Fe元素(X射線衍射不能測定微量成分),熒光分析中Fe的含量也很少。因為輸送液氨的管道為碳鋼管,若液氨在使用過程中發(fā)生反應或者因腐蝕造成管道堵塞,堵塞物中必定存在較大量Fe元素。由檢測結果看,即使是堵塞物的灼燒殘渣也只存在少量的Fe離子,所以排除與管道發(fā)生反應或腐蝕引起堵塞的狀況。

由堵塞物灼燒殘余成分可知,該種堵塞物中含有較少量的Al和Zn的化合物,在液氨輸送過程中沒有可接觸的Al和Zn的化合物及其單質,推測該種物質只能由原料帶來, Al元素和Zn元素的化學活性比較高,液氨中存在Al和Zn的雜質極易形成銨鹽聚合依附點。在高壓、低溫、氨的介質條件下,可以生成甲銨鹽結晶,適當控制溫度可以降低此類化學反應的發(fā)生[1]。

流體在直管中流動時,當Re＜2 000,流體流動形態(tài)為滯流;當Re≥4 000時,流體流動形態(tài)為湍流;而當2 000＜Re＜4 000時,流體的流動是一種過渡狀態(tài),可以是滯流,也可以是湍流,取決于流動的外部條件[2]。流動方式的不同可引起液體中的雜質沉積效果不同,沉積的發(fā)生還與流動速度大小有關。不同生產過程可以選擇有附加功能的閥門,如有帶夾套、帶排凈口和帶旁路的閥門,有用于防止固體微粒沉降的帶吹氣口閥門等,有資料顯示,在寒冷地區(qū)的室外,特別是對化學物料,閥體材質一般不可用鑄鐵而應選用鑄鋼(或不銹鋼)[3]。適宜閥門的選型也是減少液氨管道堵塞的辦法之一。

5 結論

(1)造成液氨管道堵塞的主要物為銨鹽。輸送的液氨中存在以含有Al元素和Zn元素為主的不揮發(fā)固體化合物雜質,在高壓、低溫、氨的介質條件下發(fā)生反應生成銨鹽固態(tài)物質,直接引起液氨管道的堵塞。

(2)對液氨管道輸送管道中的閥門做適當改進,進行有效溫控,減輕銨鹽的生成和沉積發(fā)生。

[1] 吳振偉,彭劍聲,張忠群.淺談合成氨循環(huán)系統(tǒng)中的甲銨鹽[J].大氮肥,2006(6).

[2] 陳懋章.粘性流體動力學基礎[M].北京:高等教育出版社,2002.

[3] 宋虎堂.閥門選用手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007.

An Analysis of Liquid Ammonia Pipeline Blocking

GU Guo-hua

(Shandong Taishan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271100,Shandong,China)

Cold rolled steel sheet annealing using nitrogen producted by liquid ammonia,There often occur blocking in the transmission pipeline of liquid ammonia.Through X-ray quantitative and qualitative analysis,it is concluded that liquid ammonia pipeline blockage is related to the forming of ammonium salt crystallization under condition of liquid ammonia delivery.

liquid ammonia,blocking,ammonium salt crystallization

1001-5108(2016)04-0070-03

TG307

A

谷國華,工程師,主要從事金屬材料方面的工作。