范曉志

(石家莊正元塔器設(shè)備有限公司，河北石家莊 052165)

流化床反應(yīng)器是一種流體(氣體或液體)以較高的流速通過(guò)床層，帶動(dòng)床內(nèi)的固體顆粒運(yùn)動(dòng)，使之懸浮在流體的主體流中進(jìn)行反應(yīng)，并具有類似流體流動(dòng)的一些特征的裝置。

1 流化床的應(yīng)用及特點(diǎn)

流化床反應(yīng)器是工業(yè)上目前在苯胺生產(chǎn)方面應(yīng)用較廣泛的反應(yīng)裝置，國(guó)內(nèi)大部分采用流化床氣相催化加氫工藝。在反應(yīng)器中固體顆粒被流體吹起，呈懸浮狀態(tài)，可做上下左右劇烈運(yùn)動(dòng)和翻動(dòng)，該工藝較好地控制了反應(yīng)溫度，避免了局部過(guò)熱，減少了副反應(yīng)，延長(zhǎng)了催化劑的壽命，可在不中斷生產(chǎn)的情況下，從反應(yīng)器中取出一批部分失活的催化劑并補(bǔ)充新鮮的催化劑，還可在反應(yīng)器內(nèi)配置廢熱鍋爐等裝置，以充分利用其反應(yīng)熱。但此工藝操作較復(fù)雜，催化劑顆粒之間的碰撞劇烈，催化劑磨損大，造成催化劑破碎率較高，增加了催化劑的損耗；因催化劑顆粒與器壁間也發(fā)生劇烈的碰撞，易于造成設(shè)備及管道的磨蝕，增大了設(shè)備的損耗[1-2]。

2 流化床結(jié)構(gòu)

流化床反應(yīng)器由筒體、封頭、設(shè)備法蘭、冷卻管束、氣體分布錐、旋流板分離裝置、過(guò)濾裝置等部分構(gòu)成(見圖1)。設(shè)備底部冷管束由64根換熱管組成，所用的材質(zhì)是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8163—2008中規(guī)定的20#鋼，換熱管分布在3個(gè)同心圓上，上下結(jié)構(gòu)對(duì)稱，均采用不規(guī)則彎曲半徑彎管同外部環(huán)管相連。分布板上打孔，裝有502個(gè)風(fēng)帽，風(fēng)帽為鑄件，底部用螺母固定在分布板上；中部設(shè)旋流板，上部設(shè)160根過(guò)濾管，材質(zhì)為碳鋼[3-4]。

圖1 流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意

3 流化床泄漏情況

2010年10月，某化肥廠新購(gòu)流化床開車運(yùn)行；2011年2月和4月，設(shè)備外部蒸汽環(huán)管與換熱管處焊口發(fā)生泄漏，維修時(shí)采用補(bǔ)焊并進(jìn)行了磁粉檢測(cè)處理；2011年6月，底部冷管束發(fā)生泄漏，經(jīng)檢查為冷管束上部異徑管出現(xiàn)裂紋，維修時(shí)采用補(bǔ)焊并進(jìn)行了磁粉檢測(cè)，合格后投入使用；2011年9月和10月，流化床再次發(fā)生泄漏，經(jīng)檢查其底部換熱管下部彎管處的管子出現(xiàn)小孔，將管子橫向割開后，發(fā)現(xiàn)管壁明顯變薄，磨蝕較嚴(yán)重。

4 問(wèn)題分析

分析流化床開車后多次泄漏的原因，發(fā)現(xiàn)主要問(wèn)題在于其底部冷卻管束的彎管部分。

(1) 沖刷腐蝕

氣體從分布錐吹出，在下部氣體流速高，帶動(dòng)催化劑成流化態(tài)，對(duì)彎管處的沖刷力度大，造成管壁減薄嚴(yán)重，此現(xiàn)象在其他流化床中也有發(fā)生，在所用設(shè)備中尤為嚴(yán)重。

(2) 材料

設(shè)備中所用的管束是按照GB/T 8163—2008的規(guī)定，選用20#鋼材質(zhì)的管子。現(xiàn)考慮采用較高等級(jí)的冷卻管代替20#鋼。

(3) 制作工藝

從下部管束彎管制作，到與筒體的組裝，其間包含著很多工藝過(guò)程，冷卻管束的彎管彎曲半徑不標(biāo)準(zhǔn)，且彎曲面較多，筒體內(nèi)外有較多的彎曲弧面，增加了制造難度，在組裝過(guò)程中曾多次組對(duì)，組對(duì)中對(duì)彎管的多次用力拉伸，使已經(jīng)減薄的管壁進(jìn)一步變薄，進(jìn)而出現(xiàn)泄漏。

(4) 頻繁地開停車

設(shè)備開車時(shí)，管束內(nèi)通高溫蒸汽，管束的熱量帶動(dòng)管間的催化劑達(dá)到預(yù)定溫度，此時(shí)管束溫度高于管間溫度，管束受設(shè)備筒壁的強(qiáng)制壓縮；設(shè)備正常運(yùn)行期間，冷卻管束內(nèi)通水，溫度較低，管間催化反應(yīng)放熱，使其處于高溫狀態(tài)，管束受強(qiáng)制拉伸。頻繁地開停車使管束彎管處局部熱應(yīng)力增大，造成彎管處易損壞。

5 改進(jìn)措施

根據(jù)所分析的原因，對(duì)流化床底部冷卻管束部分進(jìn)行改造，具體措施如下：

(1) 增大冷卻管束壁厚，將冷卻管束直段和彎曲段壁厚增加，增大彎管對(duì)底部流化狀態(tài)的耐蝕性。

(2) 提高了冷管規(guī)格，改造后冷卻管束全部采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5310—2008 中規(guī)定的20G管子。

(3) 對(duì)管束的彎管部分進(jìn)行改進(jìn)，將不規(guī)則的彎曲半徑在保證膨脹量的前提下，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)、簡(jiǎn)易的彎曲半徑，并將筒體外側(cè)與環(huán)管處相連的彎管簡(jiǎn)化，降低了制作難度，減少了調(diào)整次數(shù)，從而更好地保證了彎管的壁厚。

(4) 盡量減少開停車次數(shù)。保證焊接質(zhì)量，減少泄漏次數(shù)是減少開停車的根本保證。對(duì)所采購(gòu)的管件進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證設(shè)備質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

改造后，管束彎管段的煨制相對(duì)第一次簡(jiǎn)單了許多，開車至今運(yùn)行效果良好。流化床中催化劑相對(duì)貴重，要求制作精度嚴(yán)格，對(duì)制造工藝和焊接工藝質(zhì)量都有較高要求，需要在實(shí)踐中不斷改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫結(jié)實(shí).6 000 t/年苯胺流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹[J].河南化工，1990(5)：14- 15.

[2] 岑可法，倪明江，駱仲泱，等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[3] 周繼良，王臣，徐輝，等.流化床反應(yīng)器的流動(dòng)模型[J].中國(guó)冶金，2007，17(9)：39- 43.

[4] 劉武標(biāo)，陳漢平，張世紅，等.外部流化床燃燒氣化反應(yīng)器的試驗(yàn)研究型[J].化肥工業(yè)，2002，29(5)：29- 32.