儲呈宇

（中海油氣泰州石化有限公司，江蘇 泰州 225300）

1 概述

金屬冶煉企業(yè)所使用的循環(huán)冷卻裝置是生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備之一，該設(shè)備在實際應(yīng)用時可供選擇的生產(chǎn)工藝有：第一反應(yīng)部分，即使用單段雙劑串聯(lián)全循環(huán)工藝，將部分混合氣體與冶煉原料混合以后加入至高壓換熱器中，然后進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，而另一部分混合氣體與反應(yīng)產(chǎn)物在經(jīng)過換熱器后和加熱爐中的混合物一起進(jìn)入反應(yīng)器中，對部分金屬冶煉溶解物可進(jìn)行回收。第二部分是分餾物的水解工藝，大多數(shù)金屬物質(zhì)因其品位較低，在冶煉加工過程中常出大量廢渣，分餾過程中進(jìn)料加熱爐，使分餾部分換熱流程得到優(yōu)化，燃料消耗較少且能耗較低。而產(chǎn)生的廢渣可以進(jìn)行有效的回收，且回收率較高。第三部分是催化劑的鈍化與再生，即采用添加催化劑的方式進(jìn)行再生，并使用鈍化方案進(jìn)行催化劑鈍化，使用器外再生方式進(jìn)行催化劑再生。

從金屬冶煉企業(yè)所使用的循環(huán)冷卻反應(yīng)裝置使用過程分析可知，該裝置的生產(chǎn)工藝本質(zhì)是在高溫、高壓的環(huán)境下進(jìn)行的，當(dāng)金屬冶煉采用的催化劑活性很高時就會導(dǎo)致裝置出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象，即催化劑床層整體出現(xiàn)熱不穩(wěn)定問題，反應(yīng)熱和散熱之前無法平衡，在催化劑床層中局部過熱，都會使床層超溫而失去控制，嚴(yán)重時會導(dǎo)致催化劑失去活性、反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞，甚至?xí)鹧h(huán)冷卻裝置出現(xiàn)故障，如火災(zāi)、爆炸等事故[1]。

2 冶金企業(yè)使用循環(huán)冷卻裝置發(fā)生故障的危害

在循環(huán)冷卻裝置放熱反應(yīng)中本身會產(chǎn)生大量的熱量，如果對冷卻裝置的散熱溫度控制不當(dāng)就會引起設(shè)備故障，大量產(chǎn)生的熱量和反應(yīng)物質(zhì)被溶解，導(dǎo)致反應(yīng)生成塊狀的產(chǎn)物，嚴(yán)重時會影響反應(yīng)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如出現(xiàn)管線結(jié)垢、堵塞等問題，不僅嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，而且還會浪費(fèi)大量資源和時間、經(jīng)濟(jì)成本，直接造成金屬冶煉企業(yè)的損失。

3 循環(huán)冷卻裝置出現(xiàn)故障的過程分析

催化劑床層的高點溫度達(dá)440℃，循環(huán)冷卻裝置立即停止運(yùn)行，循環(huán)氣體的壓縮停止運(yùn)行，系統(tǒng)會自動泄壓，而催化劑床層的溫升也會從35℃立即提升到370℃高溫，想要快速啟動循環(huán)冷卻裝置使生產(chǎn)可以繼續(xù)進(jìn)行，就要采用新型的循環(huán)冷卻設(shè)備使壓力提高，在提壓和提速之后，防喘振閥打開，隨著循環(huán)冷卻裝置壓力和速度的提高，運(yùn)行設(shè)備的溫度得到有效控制，當(dāng)循環(huán)冷卻裝置的運(yùn)行速度提高到6400r/min之后，床層的冷卻閥門打開，雖然會引起其他床層溫度的升高但是在一小時左右后溫度會逐漸下降。冷卻裝置不斷循環(huán)使溫度最終降到200℃以下，反應(yīng)系統(tǒng)的壓力也得到有效控制，這時可開啟進(jìn)料泵往系統(tǒng)進(jìn)料，使設(shè)備繼續(xù)正常工作。

4 循環(huán)冷卻裝置出現(xiàn)故障的原因分析

循環(huán)冷卻裝置在正常條件下，入口的溫度應(yīng)大于360℃，但是在催化劑的作用下最高溫度應(yīng)控制在440℃以下，為避免循環(huán)冷卻裝置出現(xiàn)故障而引起催化劑活性喪失或設(shè)備損壞，必須對引起金屬冶煉用的循環(huán)冷卻裝置出現(xiàn)溫度失控的原因進(jìn)行分析研究，具體原因總結(jié)如下。

4.1 冷卻裝置內(nèi)循環(huán)氣體量變少

在金屬冶煉過程中采用科學(xué)生產(chǎn)工藝情況下，冷卻裝置內(nèi)循環(huán)氣體的作用是維持設(shè)備的分壓，并使用大量的循環(huán)氣體挾帶反應(yīng)熱以控制因反應(yīng)熱效應(yīng)過大而使絕熱溫升過快，但是在循環(huán)氣體數(shù)量變少時，循環(huán)氣體挾帶出的熱量便會減少，使得熱量大部分被堆積在冷卻裝置內(nèi)，使冷卻裝置外部溫度飛快上升，這是導(dǎo)致冷卻裝置易出現(xiàn)故障的主要原因之一[2]。

4.2 反應(yīng)進(jìn)料的溫度過高

加如催化劑的反應(yīng)是一種放熱反應(yīng)，反應(yīng)的速度越快則反應(yīng)溫度的變化也越快，溫度升高越快。所以必須對反應(yīng)進(jìn)料的溫度進(jìn)行控制，如果溫度過高則會導(dǎo)致冷卻裝置不能在短時間內(nèi)達(dá)到預(yù)期效果，產(chǎn)生重大的生產(chǎn)波動。但是在實際生產(chǎn)中，由于冷卻裝置反應(yīng)器凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)閥可能會出現(xiàn)故障，或者出現(xiàn)管網(wǎng)蒸汽壓力變動就會引起反應(yīng)進(jìn)料溫度的變化，冷卻裝置出現(xiàn)故障的現(xiàn)象比較常見。

4.3 反應(yīng)進(jìn)料的流量變少

金屬冶煉企業(yè)冷卻裝置反應(yīng)器的反應(yīng)進(jìn)料流量變少時就會導(dǎo)致催化劑的噴淋密度降低，進(jìn)而影響催化劑表面的浸潤率。在實際生產(chǎn)中，催化劑床層的溫度較高，必定會影響催化劑表面的浸潤率，使浸潤率快速下降產(chǎn)生床層干表面，進(jìn)而出現(xiàn)了二次反應(yīng)，最后導(dǎo)致反應(yīng)器故障的出現(xiàn)[3]。

4.4 催化劑性能掌握不全面

在冷卻裝置反應(yīng)器反應(yīng)時需添加相對應(yīng)的催化劑進(jìn)行生產(chǎn)，但是如果沒有全面了解催化劑的性能，在反應(yīng)系統(tǒng)的壓力超過額定值以后會出現(xiàn)反應(yīng)催化劑加入后氣體反應(yīng)波動過大而引起溫度快速升高的問題，在該過程中當(dāng)反應(yīng)溫度不斷升高，加上沒有冷卻氣體可用就會使大量反應(yīng)熱量被留在反應(yīng)器中而無法被帶走，進(jìn)而引發(fā)設(shè)備故障。

4.5 其他原因

在冷卻設(shè)備的溫度過高時，系統(tǒng)自動泄壓，但是在溫度超高情況下反應(yīng)壓力泄放需要放到最低才能有效降低溫度。同時，在冷卻裝置泄壓之后系統(tǒng)的壓力會慢慢提升，當(dāng)設(shè)備的溫度下降不夠明顯，加上沒有超高壓力的氣體補(bǔ)充進(jìn)來時候就會繼續(xù)使冷卻設(shè)備的溫度升高。另外，在循環(huán)冷卻裝置的運(yùn)行處于正常狀態(tài)，但是三閥組雙閥門打開之后會在低點放空開，在設(shè)備停止運(yùn)行的情況下如果氮?dú)庋a(bǔ)充不足就無法滿足標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)要求[4，5]。

5 針對循環(huán)冷卻裝置出現(xiàn)故障的解決對策

從上述原因分析來看，如果在正常操作條件下，金屬冶煉企業(yè)所使用的冷卻裝置出現(xiàn)異常升溫的現(xiàn)象，第一應(yīng)立即降低反應(yīng)爐出口溫度，降低反應(yīng)進(jìn)料溫度。第二應(yīng)立即手動開大冷卻裝置的冷卻閥，控制冷卻裝置進(jìn)料的升溫速度。第三加大循環(huán)氣體的流量，及時將反應(yīng)熱量帶出設(shè)備。第四應(yīng)結(jié)合具體發(fā)生故障的原因進(jìn)行處理，比如溫控調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障則需對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行隔離后處理，如果是因為管網(wǎng)加熱蒸汽流量波動過大，則應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)需要作出調(diào)整。如果是反應(yīng)進(jìn)料量的變化，在處理時要遵循先降溫后降量的原則，在短時間內(nèi)保證催化劑濕潤，在加大循環(huán)氣體進(jìn)入量的情況下可再次降低冷卻設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性，若出現(xiàn)循環(huán)氣體完全停止的情況，應(yīng)打開閥門泄壓，使快速帶走反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，以降低冷卻設(shè)備的溫度。此外，考慮到冷卻設(shè)備長時間使用后設(shè)備自身的溫度會很高，反應(yīng)又繼續(xù)在發(fā)生，這時會使催化劑表面的潤濕率快速下降而形成干表面，使冷卻裝置內(nèi)的溫度發(fā)生反彈，因此在泄壓時還要適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充冷卻設(shè)備內(nèi)的氣體量，使冷卻裝置的溫度快速下降，減少裝置內(nèi)部的二次反應(yīng)。至于催化劑引起的問題，可通過有效增大催化劑供給量使反應(yīng)熱量被帶走。其他解決辦法有，將夾套水循環(huán)模式變化手動控制模式，在冷卻閥門全部打開后通過加大冷卻水量的辦法使反應(yīng)熱量及時被排出。總之，只有時刻關(guān)注金屬冶煉企業(yè)使用冷卻設(shè)備溫度的變化，控制好進(jìn)料和催化劑投放量，并保證進(jìn)料量和溫度的穩(wěn)定，做好對循環(huán)冷卻裝置和冷卻水夾套系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行檢查，強(qiáng)化對沒遇到生產(chǎn)工序的監(jiān)督控制，才能使循環(huán)冷卻設(shè)備出現(xiàn)故障的現(xiàn)象得到有效控制，將經(jīng)濟(jì)損失降到最低。

6 結(jié)語

綜上所述，金屬冶煉企業(yè)循環(huán)冷卻裝置出現(xiàn)設(shè)備故障主要和催化劑、進(jìn)料量、循環(huán)氣體進(jìn)入數(shù)量、進(jìn)料溫度等有關(guān)，為避免因溫度過高而影響催化劑的活性，造成裝置設(shè)備損壞，甚至引起更加嚴(yán)重的安全事故，必須對造成循環(huán)冷卻設(shè)備出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行分析，制定科學(xué)合理的解決方案對冷卻裝置的溫度進(jìn)行控制，才能降低生產(chǎn)安全事故，才能為金屬冶煉企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益[6]。