原料气氨冷器失效分析及防失效设计

原料气氨冷器是合成氨生产的重要换热设备，在生产过程中将经转化、中、低温变换、脱碳、甲烷化等工序后得到的原料气进一步降温，使之达到氮、氢压缩机设计入口温度，分离冷凝介质中所含水分，以提高输气能力，保障其正常运行。 本课题以解决原料气氨冷器频繁出现的泄漏失效为研究内容。原料气氨冷器为一卧式换热器，在安装投入使用后，使用不到2个月都出现“内漏”现象，在历次更换设备检查中，均表现为换热管的“胀粗”和轴向破裂等破坏。 本文通过现场事故调查、失效列管的试验分析和理论探讨，找到原料气氨冷器失效的可能原因，并针对失效原因进行防失效设计。 失效列管的宏观检验、材质化学成份分析、力学性能试验表明失效列管与末失效材料相比较材料化学成份和机械性能无明显变化。 通过对20钢的组织和珠光体球化条件的分析，排除了氨冷器列管发生球化而失效的可能；对原料气氨冷器材质、列管腐蚀情况、以及工艺条件等因素的分析，得出导致原料气氨冷器列管失效的主要原因是工艺介质含水造成20钢管的局部腐蚀、0Cr18Ni9的晶间腐蚀和冰堵，从而使原料气氨冷器列管破裂失效。 本文还计算了原料气在甲烷化反应中生成水和原料气经原料气水冷器和氨冷器冷凝后形成水的质量。四川大学工程硕士学位论文 根据原料气氨冷器失效分析，在设计中列管选用了热轧的20钢;同时改变了工艺流程，在氨冷器前增加了直径为1.2m的原料气氨冷器入口分离器，使原料气中的水分在进入氨冷器前被分离;同时氨冷器上增加直径为25mm的排污口，进一步分离进入氨冷器中的水分。彻底杜绝了原料气中的水分造成列管腐蚀和形成冰堵的可能性，达到了预防氨冷器失效的目的。 通过2003年原料气氨冷器防失效方案实施后的水量分离效果的观察测量，表明原料气在原料器冷却后形成冷凝水和甲烷化反应生成水总量的90%以上均被氨冷器入口分离器分离掉，氨冷器形成冷凝水在氨冷器出口分离器中分离，氨冷器列管内积水亦通过排污口定时排放。不仅保证了氮氢压缩机进口气体的洁净，保护压缩机正常工作，而且杜绝腐蚀和冰堵条件的形成，为氨冷器使用寿命提供保障。 原氨冷器无论采用何种材质，在系统负荷大于4800 Nm3/h时，设备均发生失效，而2003年6月更换设备后在高负荷下运行，至今没有出现列管破坏，说明改造是成功的;通过防失效设计设备投用后与历次更换设备的投资及寿命比较分析表明防失效设计方案带来了较大的管理效益和技术效益，具有较大的推广性和指导意义。关键词:原料气氨冷器、失效分析、介质含水、腐蚀、 冰堵、防失效设计