我公司磷酸二铵生产能力为26万t/a,浓缩装置生产能力为12万t/a。2003年初浓缩石墨换热器在运行过程中,发生了大面积爆管,一次爆管达88根,造成了重大经济损失,给生产带来了严重影响。现将浓缩石墨换热器大面积爆管的原因分析如下。

1　工艺流程及主要操作指标
1·1　工艺流程
来自酸贮槽的w(P2O5)26%～28%的稀磷酸与低压蒸汽在石墨换热器进行热交换后,经强制循环泵强制循环,真空蒸发后w(P2O5)45%～48%的合格浓磷酸泵送至浓磷酸贮槽贮存。闪蒸室逸出的含氟气体被低浓度氟硅酸溶液循环吸收,生成w(H2SiF6)10%～12%的氟硅酸溶液送往氟硅酸贮槽贮存,而大量水蒸汽与残余的含氟气体经大气冷凝器冷却后进入循环水系统,不凝性气体被真空喷射器排入大气。低压蒸汽经石墨换热器换热后产生部分冷凝液,送往除盐水站或供反应工序使用。

1·2　主要操作指标
(见表1)

2　主要设备规格及型号
主要设备规格及型号见表2



3　爆管原因分析及预防
(1)　石墨管清理不*　
1996年石墨换热器投入运行,在2003年以前的7年中,石墨管仅破损24根,占石墨管总量649根的3.7%,对浓缩的生产能力影响不大。而2003年2月份1次破管88根,换热面积减少13.55%,这与石墨管清理不*有很大的关系。浓缩清理熬煮每月2次,每次应**,zui终使石墨管无垢。但由于在浓缩过程中随着磷酸浓度的提高,杂质所形成盐类的溶解度下降,在石墨换热器的换热面及管道内壁易形成钙盐、氟盐,导致结垢,如不*清理,垢会越结越厚,更不易清除。我公司使用出口压力为30MPa的高压水泵对石墨管道内壁的结垢进行机械清理,主要靠高压水使垢层松动而落下。如果石墨管结垢致密,垢层厚,大枪头根本无法进入石墨管内清理,只能先使用小枪头清通,再逐步使用大一号枪头进行清理,但所需时间较长。从2002年清理用的枪头可以说明结垢的过程,一般1季度用 35mm的枪头,2季度用 33mm的枪头,3季度用 32mm的枪头清理,而4季度只能用 28mm的枪头清理。表明结垢逐月增厚,石墨管内径逐月减小,换热效率逐月下降。每次清理不*的主要原因是受清理时间限制,为此新购了1台高压水泵,将原来的1人1泵清理改为双人双泵清理,确保每次用 35mm的枪头全部清理1遍。虽然每次同样用8h清理石墨管,但实行双泵清理后,石墨管的一些老垢得到了*清除,换热效率提高,保证了装置的生产能力。

(2)　壳程压力高　
为了保证生产负荷,被迫提高进石墨换热器壳程中的蒸汽压力。浓缩每次开车时,壳程压力就达140kPa(表压,下同),运行3天后,壳程压力在150kPa以上,虽然没有超过额定的壳程压力(低于200kPa),但在操作过程中,当壳程压力超过150kPa时,对石墨管还是造成了一定的机械损伤,导致石墨管破损数量增加。根据操作经验,当壳程压力达到130kPa时,浓缩装置必须停车清理熬煮

(3)　蒸汽带水严重　

每次浓缩清理熬煮时间一般为36h(从停车排酸到出成品酸),停车时间长,管线内的蒸汽容易冷凝。浓缩使用的是发电后的低压蒸汽,汽水混合物量大,如浓缩装置开车时不加强冷凝水的排放,汽水混合物会进入石墨换热器,产生汽水沸腾现象,影响石墨换热器的安全运行,极易造成石墨换热器爆管。为此,我公司在蒸汽管线上增装了4只疏水阀,确保了蒸汽质量。

(4)　旁路及主路升温速率过快
　2003年初爆管时,浓缩旁路升温暖管时间,仅用16min,而操作规程要求暖管时间大于或等于30min;主路升温时,升温速率为15℃/h,与操作规程相比1h多升温5℃,使石墨管在升温过程中温差过大,局部受热不均匀,膨胀量差异较大,也容易造成石墨管损伤。一旦遇到石墨换热器个别管子破裂,必须紧急停车堵漏,否则蒸汽进入破损管中,易引起暴沸而发生大面积爆管。2003年初,我公司石墨管发生的88根大面积爆管,就属于这种情况。经检查发现,爆管主要集中在石墨换热器进口和出口部位,且破裂点集中在管子上部,表明大面积爆管是由于个别管子破裂未被及时发现,导致蒸汽进入破损的石墨管中,引起暴沸而发生大面积爆管。石墨换热器个别石墨管在运行中发生破裂,有以下几种方法可以简单鉴别:一是测定排放冷凝液的pH值和电导率;二是看冷凝液的颜色是否浑浊;三是听石墨换热器是否有水击的响声。如果冷凝液呈酸性,电导率大于40μs/cm,就表明石墨管破损;如果冷凝液浑浊,或石墨换热器有异常响声,也表明石墨管已破损,必须紧急停车处理。

(5)　熬煮方法不恰当
　2003年初前,熬煮方法是先机械清理后化学熬煮,整个清理熬煮时间36h,即从排酸到清理完石墨管12h,补加熬煮液、循环熬煮到排熬煮液共12h,从加酸升温到出成品酸12h。由于此方法是先机械清理后化学熬煮,机械清理难度较大,清理后设备换热效率低。现改为先化学熬煮后机械清理,即排酸后,用热水配制浓度为5%、温度为60℃的稀硫酸溶液,用强制循环泵循环8h熬煮,清除部分垢层,再使用高压水枪进行机械清理。这种方法所用的整个熬煮清理时间少于36h,且每次熬煮清理后,开车时壳程压力都没有超过60kPa(表压),使用效果明显优于原来的熬煮方法。

(6)　试压试漏及堵漏不规范
　原来检验石墨换热器壳程是否泄漏时,采用压缩空气试压,由于空气的可压缩性,加上进气时对石墨管的冲击,对石墨管造成了一定的损伤。实践表明,用水试压比空气试压准确,主要原因是水的不可压缩性。原来管程试漏时,强制循环泵运行时间过短,部分附着在管壁上的垢暂时堵塞石墨管的破漏处而不易被发现,易造成堵漏不*,因此,试漏时强制循环泵运行时间应不少于30min。在石墨管堵漏时,采取的方法应是先烘干石墨管,然后钉上橡皮塞止水,再用碳棒和胶泥堵漏,等胶泥固化1h后,石墨换热器才可以投入使用,但为了提高装置开车率,往往胶泥固化不到1h就投入了使用,止水效果达不到要求,导致试压试漏及堵漏效果不好,影响了石墨换热器的正常运行。