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氨汽提装置塔器故障分析诊断

2020-06-01 15:34

2014-2015年期间,对合成单元氨吸收塔、脱氨塔、氨精馏塔的系统瓶颈分析和技术改造。

氨汽提装置塔器故障分析诊断过程

1         奥展兴达塔器故障诊断流程

2         故障分析诊断思路:

如技术方案所述,可能成为故障原因的因素有:

A.                该物系含有有机物,并需要加碱调节PH,属于易发泡物系,发泡程度进和发泡系数未知,需要实验进一步测试;

B.                进料物料浓度变化较大,导致再沸器热负荷需要频繁调节,塔内气体流量变化较大,这样会加剧设备不稳定操作的频率;

C.                塔内发泡严重时导致液泛,塔内填料持液量增加,压降迅速上升,是导致塔底液位也会不稳定的主要原因。

我公司工程师进行了新工况下的塔内所有内件的水力学计算,包括分布器、填料、填料支撑格栅。

首先,进行了填料的水力学计算(如下),关于填料是否因物料发泡而液泛,由于原料的发泡系数不好测定,暂时不能确定是否存在问题,按照以往的经验,液体发泡系数不高的情况下,导致填料液泛的概率不大。

UNIT 1,'T1'   (Cont)

PACKED COLUMN DATA

SECTION          ID                      = COLSECT-1

                 PACKED HEIGHT            = 12.45 M

                 COLUMN ID                =   0.700M

                 PACKING TYPE (NORTON)    = Pall rings, metal

                 PACKING FACTOR           = 88.58 M2/M3

                 NOMINAL PACKING DIAMETER=   50.800 MM

                 CAPACITY METHOD          = fraction of flood

                 HETP METHOD              = Frank rule ofthumb

                 DP METHOD                =   Norton

TRAY ---PRESSURE DROP----   PRESSURE   HETP

       MM H2O/M     KG/CM2   KG/CM2      M

---- ---------   --------   -------- --------

   2    29.7072     0.0026     1.347    0.889

   3    29.6849     0.0026     1.350    0.889

   4    29.6630     0.0026     1.352    0.889

   5    29.6441     0.0026     1.355    0.889

   6    29.6463     0.0026     1.358    0.889

   7    29.7714     0.0026     1.360    0.889

   8    29.8521     0.0027     1.363    0.889

   9    27.2055     0.0024     1.366    0.889

   10     23.9019    0.0021     1.368     0.889

   11    22.3010     0.0020     1.370    0.889

   12    21.4682     0.0019     1.372    0.889

   13    21.1031     0.0019     1.374    0.889

   14    20.9577     0.0019     1.376    0.889

   15    20.7613     0.0018     1.377    0.889

TRAY    X          Y       DESIGN    FLOOD    FLOOD

                             M/SEC     M/SEC   APPROACH

---- -------    -------    ----------------   --------

   2   0.1305     1.1331      0.064    0.111     0.500

   3   0.1306     1.1324      0.064    0.111     0.500

   4   0.1306     1.1317      0.064    0.111     0.500

   5   0.1307     1.1311      0.064    0.111     0.500

   6   0.1307     1.1311      0.064    0.111     0.500

   7   0.1303     1.1353      0.064    0.111     0.500

   8   0.1285     1.1421      0.064    0.113     0.500

   9   0.1269     1.0821      0.063    0.116     0.500

   10   0.1250     1.0021      0.062    0.121     0.500

   11   0.1230     0.9637      0.061    0.125     0.500

   12   0.1221     0.9426      0.061    0.127     0.500

   13   0.1218     0.9330      0.060    0.128     0.500

   14   0.1217     0.9290      0.060    0.128     0.500

   15   0.1221     0.9220      0.060    0.128     0.500

其次,填料支撑的开孔率,根据图纸中数据,经过计算填料支撑格栅的开孔率在60%。通道气速1.07/(0.7*0.7*0.785)/0.6=3.63m/s, 临界气速为5-7m/s,因而在此气速下填料格栅不会发生液泛,填料支撑不是故障出现的原因。

最后,如下面计算过程,分布器设计尺寸不合理,升气帽内气速和侧面的气速均超过正常设计值,而且升气孔侧面有液体分布孔,很容易导致液泛。因而发现分布器在此工况运行存在液泛问题的可能性最大,很可能是导致塔顶带液、塔阻力增加问题及运行不稳定状况出现的根本原因。

3

a)     原分布器的计算

原分布器的通道面积=单个升气孔面积×升气孔个数

              S= 3.14/4×0.05082×24=0.04862m2

通过该通道的最大气速(水力学计算结果中1.07m3/s)

             V=Q/S=1.07/0.04862=22.0m/s

气相动能因子

             Fs= V*(ρ0.5)=22*0.7100.5=18.53

b)    新槽式分布器的计算

新槽式分布器的通道面积=总面积-总布液槽面积

S= 3.14/4×0.652-((0.360+0.460)/2*0.063*2+0.590*0.063*2+0.64*0.063+0.08*0.063*6)=0.3316-0.1693=0.1623m2

通过该通道的最大气速(水力学计算结果中1.07m3/s)

             V=Q/S=1.07/0.1623=6.59m/s

气相动能因子

             Fs= V*(ρ0.5)=6.59*0.7100.5=5.55

c)     新槽盘分布器的计算

新槽式分布器的通道面积=总布液槽面积

S= (0.255+0.375)/2*0.08*2+0.54*0.08*2=0.1368m2

通过该通道的最大气速(水力学计算结果中1.07m3/s)

             V=Q/S=1.07/0.1368=7.82m/s

气相动能因子

             Fv= V*(ρ0.5)=7.82*0.7100.5=6.59

分布器中的液体通过角钢导流,不会和气流摩擦导致液滴夹带。

分析总结:液体过量夹带的动能因子为7.5左右,槽式和槽盘分布器的最大动能因子(蒸汽用量在2.6t/h)分别为5.55和6.59, 所以新的分布器能适应扩能后的塔内工况。

塔的运行性能和分布器的关联关系分析

KPI A 分布器内液体流动通道的气速过快,导致液体流动阻滞,液体在分布盘上累积,逐渐淹没升气管,分布器阻力降快速增加,并且会有大量的液体被夹带到分布器上方的填料上,在分布器上段分布器填料中液体持有量增加,导致该填料阻力降增加。

KPI B:   当液体在分布器内流动阻滞后,分布器液泛、填料也会由于蒸汽流量的大幅波动,导致周期性液泛,塔顶的雾沫(泡沫)夹带就会增加;后续工段的精馏塔进料颜色受到影响;

KPI C: 塔分布器和填料液泛,气液传热、传质效果变差,导致塔底氨含量超标;

KPI D: 分布器出现瓶颈,塔底蒸汽加入量受到约束,产能就无法达到10m3/h的处理能力。


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