Diskussion über das interne Leckageproblem des Methanolsyntheseturms

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Diskussion über das interne Leckageproblem des Methanolsyntheseturms Shi Ke Zusammenfassung: Analysieren Sie die Ursachen von Mängeln, die während des Betriebs zu Undichtigkeiten im Methanolsyntheseturm führen, und studieren Sie den Fehlerbehandlungsplan, um eine Referenz für die Herstellung und Verwendung des Methanolsyntheseturms zu erhalten. Schlüsselwörter: Parameter, Fehlererkennung, Risse, Spannungen, Ursachen, Behandlungen, Maßnahmen 1 Einleitung Für Chemieproduktionsunternehmen sind die Stabilität, Zuverlässigkeit und Effizienz des Betriebs ihrer Schlüsselanlagen der Schlüssel zum Überleben des Unternehmens. In der Methanolproduktionseinheit ist der Methanolsyntheseturm die zentrale Schlüsselausrüstung der Einheit. Sobald es ausfällt, beeinträchtigt es den Betrieb des gesamten Systems. Darüber hinaus ist die Ausrüstung schwierig zu verarbeiten und herzustellen, hat einen langen Zyklus und ist teuer. Eine Methanolanlage verfügt über drei parallel geschaltete Methanolsynthesetürme, von denen einer im Juni 2000 in Betrieb genommen wurde. Der Synthesegasreaktor ist ein Rohrbündelreaktor, in dessen Rohrseite ein kupferbasierter Katalysator eingebaut ist. Das Synthesegas kontaktiert den kupferbasierten Katalysator auf der Rohrseite und reagiert unter Bildung von Methanol. Auf der Mantelseite befindet sich Kesselwasser, das zur Abführung der Reaktionswärme auf der Rohrseite und zur Erzeugung von Dampf als Nebenprodukt verwendet wird. Während der Nutzung des Turms wurde bei der Online-Überwachung von nicht kondensierbarem Gas aus der Trommel CO-Gas festgestellt. Mehrere Probenahmen und Analysen ergaben, dass der Turm interne Leckagen aufwies. Bei der Wartung des Turms wurden mehrere Rissdefekte in den Rohrboden-Kehlnähten und der Tragschicht festgestellt. Die Wirbelstromprüfung der Rohre ergab, dass 12 Rohre Außenwandfehler unterschiedlichen Ausmaßes aufwiesen. 2. Die Parameter und die Situation des Methanolsyntheseturms sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Rohre des Methanolsyntheseturms bestehen aus SAF2205-Duplex-Edelstahl mit insgesamt 2292 Rohren. ； Die Rohrlänge beträgt 7 m und die Rohrspezifikation ist Ф44×2 mm. Die Dicke der Grundschicht des Rohrbodens beträgt 70 mm, das Material ist 20MnMoNi55, die Schweißdrahtoberfläche der Übergangsschicht E309L beträgt 2 mm und die Oberflächenschicht E308MoL beträgt 5 mm. 3 Fehlererkennungssituation: Nachdem ein internes Leck im Syntheseturm festgestellt wurde, wurde der Katalysator entfernt und leckt, um auf Undichtigkeiten zu prüfen. Als der hydraulische Drucktest auf der Mantelseite des Syntheseturms 2,8 MPa erreichte, wurde festgestellt, dass es in der oberen Rohrplatte zwei Leckstellen gab, von denen eine ein Riss in der Kehlnaht der Rohre und die andere eine Blase in der Oberflächenschicht der Rohrplatte war. Zu den zerstörungsfreien Prüfmethoden, die für Rohrböden, Rohrboden-Kehlnähte und Rohrreihen von Rohrbündelgeräten verwendet werden, gehören Oberflächenprüfung, Magnetpulverprüfung, Strahlenprüfung, Wirbelstromprüfung und andere Methoden. Angesichts der Besonderheiten der Struktur und der Materialien dieses Syntheseturms wurde zunächst eine 100-prozentige PT-Prüfung der Rohrböden durchgeführt, um Gerätedefekte umfassender erkennen zu können. Die Testergebnisse ergaben 1 Riss und 12 vermutete Poren (Mikrodefekte müssen nicht bearbeitet werden). Die Prüfung der Rohre erfolgt mittels Wirbelstromprüfung in Kombination mit der Endoskop-Oberflächenprüfung. Die Inspektionsergebnisse sind in Tabelle 2 und Abbildung 1 dargestellt. In Bezug auf die beiden Leckagefehler, die beim hydraulischen Drucktest festgestellt wurden, und den Rissfehler, der beim PT-Test festgestellt wurde, wurde nach dem Schleifen mit einer manuellen Schleifscheibe festgestellt, dass es sich bei den beiden Rohrbodenrissen um Risse in den Kehlnähten der Rohre handelte. Nach dem Polieren bis zu einer Tiefe von etwa 3 mm verschwanden die Risse. Nachdem die Oberfläche des Rohrbodens poliert worden war, stellte sich heraus, dass viele Risse verborgen waren. Nachdem 7 mm der Oberflächenschicht abgeschliffen waren, stellte sich heraus, dass in der Grundschicht des Rohrbodens immer noch zahlreiche Rissdefekte vorhanden waren. 4. Ursachenanalyse: Eine umfassende Bewertung und Analyse der oben genannten Mängel erfolgt in Verbindung mit dem Nutzungsstatus der Geräte. Die Gründe für die mehrfachen Defekte im Syntheseturm sind folgende. (1) Ermüdungsrisse durch Langzeitbetrieb. Ermüdungsrisse treten normalerweise an Stellen auf, an denen Spannungskonzentrationen auftreten können, beispielsweise an geometrischen Diskontinuitäten. Dieser Syntheseturm ist seit fast 20 Jahren im Dauereinsatz. Die Rohrboden-Kehlnähte sind seit langem wiederholten äußeren Belastungen wie Druckschwankungen, Temperaturschwankungen und kochendem Kesselwasser ausgesetzt. Insbesondere aufgrund von Produktionsschwankungen und der Wartung der Ausrüstung hat sich die Anzahl der Starts und Stopps in diesem Zeitraum auf das Dutzende erhöht. Während des Ein- und Ausschaltens des Geräts ändern sich Temperatur und Druck erheblich. Darüber hinaus weisen die Rohrboden-Kehlnähte eine starke Spannungskonzentration auf und sind daher anfällig für Ermüdungsrisse. Dies ist auch eine der Ursachen für Rohrboden-Kehlnahtrisse im Syntheseturm. (2) Auswirkung von Temperaturdifferenzstress. Beim Beladen des Methanolsyntheseturms mit dem Katalysator wird der Katalysator im Allgemeinen in einer bestimmten Höhe über der oberen Rohrplatte beladen, um die Reaktionseffizienz zu maximieren, die Produktionskapazität zu maximieren und den Verbrauch zu senken, um die Leerstelle des Katalysators in den Rohren auszugleichen, die durch die Volumenverringerung des neuen Katalysators nach dem Erhitzen und der Reduktion verursacht wird. Durch ungleichmäßige Füllung oder unterschiedliche Volumenänderungen während des Aufheiz- und Reduktionsprozesses kommt es jedoch zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Katalysators zwischen den Rohren auf dem Rohrboden. Während des Produktionsprozesses reagiert der Katalysator mit dem Synthesegas unter Freisetzung großer Wärmemengen. Ein Teil der auf dem Rohrboden gespeicherten Reaktionswärme des Katalysators kann nicht rechtzeitig abgeführt werden, was zu lokalen Hochtemperaturbereichen führt. Aufgrund der Temperaturdifferenz entstehen zwischen dem Rohrboden und den Rohren unterschiedliche Temperaturschichten, die eine große Temperaturdifferenzspannung verursachen. Diese vorhandene Temperaturdifferenzspannung bildet die Grundlage für die Entstehung von Rissen in den Rohrboden-Kehlnähten. (3) Tendenz zur Wasserstoffversprödung des hochfesten Grundstahls. Die Bedingungen für Wasserstoffkorrosion sind hauptsächlich Wasserstoffpartialdruck, Temperatur, Einwirkungszeit und chemische Zusammensetzung des Stahls. Gemäß der berühmten Nelson-Kurve und tatsächlichen Daten tritt Wasserstoffkorrosion bei Kohlenstoffstahl nur dann nicht auf, wenn der Wasserstoffpartialdruck unter 1 MPa oder die Temperatur unter 200 °C liegt. Das Grundmaterial des Rohrbodens ist hochfester hitzebeständiger Stahl 20MnMoNi55. Form und Zähigkeit des Materials nehmen ab, die Sprödigkeit nimmt zu und es neigt stark zur Wasserstoffversprödung. Der größte Teil des Mediums im Methanolsyntheseturm ist Wasserstoff. In einer Umgebung mit langfristig hohem Wasserstoffpartialdruck und Hochtemperaturreaktion stellt die Wasserstoffkorrosion von Gerätematerialien einen großen Risikofaktor dar. (4) Rohrbodenstruktur. Der Durchmesser des Rohrbodens dieser Ausrüstung beträgt 2800 mm und die Dicke beträgt 77 mm. Während des Produktionsprozesses werden beide Seiten des Rohrbodens ungleichmäßig erhitzt, wodurch ein gewisser Temperaturunterschied entsteht. Mit zunehmender Dicke wird der Temperaturunterschied größer, was zu einer enormen thermischen Belastung führt. Darüber hinaus handelt es sich beim Methanolsyntheseturm um einen festen Rohrplattentyp, das Zylindermaterial ist 20MnMoNi55 und das Rohrmaterial ist SAF2205. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien sind unterschiedlich und die durch Wärmeausdehnung und -kontraktion unter unterschiedlichen Arbeitsbedingungen verursachte Belastung ist äußerst schädlich. Die oben genannten Spannungen durch Temperaturwechsel sind auch eine der Ursachen für Risse in den Kehlnähten von Rohrbündeln. (5) Aufbau des Gerätekörpers. Die Spezifikation der Wärmeaustauschrohre des Methanolsyntheseturms beträgt Ф44×2 mm, und die Struktur ist vom Typ mit fester Rohrplatte. Es gibt drei Lagen Trägerplatten mit einem Plattenabstand von 1770 mm, 1720 mm bzw. 1720 mm. Die Ergebnisse der Wirbelstromprüfung zeigen Defekte in der Außenwand des Rohrs, und mehr als 50 % der Defekte befinden sich in der Nähe der Trägerplatte. Daher führt die durch Vibrationen verursachte Reibung zwischen den Rohren und der Trägerplatte im Langzeitbetrieb zu lokalem Verschleiß und einer Verdünnung der Außenwand der Rohre, was große Sicherheitsrisiken für den Einsatz der Geräte unter Langzeiteinwirkung mit sich bringt. 5 Fehlerbehandlung und vorbeugende Maßnahmen Um sicherzustellen, dass der Syntheseturm weiterhin sicher betrieben werden kann, werden die vorhandenen Mängel entsprechend den durch verschiedene Erkennungsmethoden festgestellten Mängeln des Syntheseturms gemäß dem folgenden Plan behoben. (1) Behandlung von Rissdefekten. Der erste Schritt besteht darin, den Ort und das Ausmaß des Rissdefekts durch eine PT-Inspektion zu bestimmen. ； Im zweiten Schritt bohren Sie zunächst mit einer elektrischen Bohrmaschine Rissschutzlöcher an beiden Enden des Risses, schleifen dann den Riss mit einer manuellen Schleifmaschine und führen einen PT-Test durch, um zu bestätigen, dass der Riss vollständig beseitigt ist. ； Der dritte Schritt besteht darin, das Wärmetauscherrohr mit einer Asbestdecke abzudichten, es vor dem Schweißen vorzuwärmen, um sicherzustellen, dass die Vorwärmtemperatur mehr als 150 °C beträgt, manuelles Argon-Lichtbogenschweißen, Reparaturschweißen und eine Wasserstoffeliminierungsbehandlung durchzuführen. (2) Defekt der Rohrverdünnung. Der erste Schritt besteht darin, die Verdünnung der Rohre zu bestimmen, sie vor dem Schweißen zu reinigen und mit einer Spezialschleifscheibe aus Edelstahl den Schmutz innerhalb von 20 mm um die Rohrmündung herum abzuschleifen, um den metallischen Glanz freizulegen. ； Im zweiten Schritt reinigen Sie die Innenwand der oberen und unteren Rohre durch direktes Schleifen, um den metallischen Glanz freizulegen. ； Der dritte Schritt besteht darin, mit einem Bohrer ein kleines Loch von Ф8 mm in die Innenwand des zu blockierenden Rohrs zu bohren, damit die Innenseite des Rohrs und die Mantelseite während des Betriebs gleich sind, so dass das blockierte Rohr bei nachfolgenden Vorgängen keinem Druck ausgesetzt ist und gleichzeitig das Gleichgewicht zwischen Innen- und Außentemperatur gewährleistet wird. ； Im vierten Schritt werden an beiden Enden des Rohrs Verschlussstifte eingesetzt, die Kehlnähte werden durch manuelles Argon-Lichtbogenschweißen verschweißt und die Zwischenschichttemperatur wird so kontrolliert, dass sie 150 °C nicht überschreitet. Nachdem alle Mängel behoben wurden, wird eine 100-prozentige PT-Inspektion durchgeführt und ein hydraulischer Test durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Behandlung qualifiziert ist. Vom Einsatz- und Wartungsprozess des Methanolsyntheseturms über die Fehlererkennung und Ursachenanalyse bis hin zur wirksamen Vermeidung verschiedener Mängel bei der Auswahl, Verwendung und Wartung der Geräteherstellung wird empfohlen, mit den folgenden Punkten zu beginnen. (1) Wählen Sie unter Berücksichtigung der Materialauswahl der Ausrüstung Materialien mit guter Wasserstoffkorrosionsbeständigkeit innerhalb der sicheren Verwendungsgrenzen der Materialien aus. Aus der Nelson-Kurve ist ersichtlich, dass die Beständigkeit des Stahls gegen Wasserstoffkorrosion bei hohen Temperaturen umso besser ist, je höher der Gehalt an Chrom, Molybdän, Vanadium und anderen Elementen im Stahl ist. Da es sich bei diesen Elementen um Kohlenstoffstabilisatoren handelt, können durch die Zugabe dieser Elemente zu Stahl stabile Legierungskarbide mit Kohlenstoffelementen gebildet werden, wodurch die Methanisierungstendenz von Stahl verringert wird. Gleichzeitig ist es strengstens verboten, dispergierte nichtmetallische Verunreinigungen im Stahl zu enthalten. An diesen Stellen kann sich leicht Wasserstoff oder Methan ansammeln, was zu Sprödbruch des Metalls führen kann. Darüber hinaus hat auch der Wärmebehandlungszustand von Stahl einen großen Einfluss auf die Beständigkeit gegen Wasserstoffkorrosion bei hohen Temperaturen. Während des Geräteherstellungsprozesses ist auch die Qualität der Normalisierung und Wärmebehandlung von Stahlplatten nach dem Schweißen ein wichtiger Faktor, der das Auftreten wasserstoffinduzierter Risse in Geräten beeinflusst. (2) Die Verbindung zwischen dem Rohrbündel und der Rohrplatte des Syntheseturms erfolgt durch Festigkeitsschweißen + Aufkleberausdehnung. Aufgrund dieser Struktur liegen die Kehlnähte der Rohre in der Hochtemperaturzone und sind anfällig für Temperaturschocks und Risse. Es wird empfohlen, Tieflochschweißen zu verwenden. Diese Struktur verbirgt die Schweißnaht im Niedertemperaturbereich, um die Auswirkungen von Thermoschocks zu reduzieren. (3) Angemessene Betriebskontrolle der Arbeitsbedingungen. Sorgen Sie während des Betriebs für einen stabilen Betrieb, vermeiden Sie große Schwankungen des Gasvolumens, der Temperatur und des Drucks und reduzieren Sie den Druckunterschied zwischen der Mantelseite und der Rohrseite. Während des Start- und Abschaltvorgangs des Geräts muss die Temperaturanstiegs- und -abfallrate innerhalb des Geräts streng kontrolliert werden, um Temperaturunterschiedsbelastungen durch übermäßige Temperaturänderungen zu vermeiden. (4) Einführung einer fortschrittlicheren und vernünftigeren neuen Strukturtechnologie für Methanolsynthesetürme. Derzeit werden zwei Hauptbauformen von Methanolsynthesetürmen verwendet. Der erste Typ eines Niederdruck-Methanol-Syntheseturms verwendet einen Syntheseturm vom Rohrtyp. Die Rohre sind mit Katalysator gefüllt und zwischen den Rohren befindet sich kochendes Wasser. Die Reaktionswärme wird durch die Rohrwand auf das kochende Wasser übertragen, um Dampf zu erzeugen. Die Temperaturbedingungen des gesamten Systems des Syntheseturms werden durch den Dampfdruck gesteuert, um sicherzustellen, dass die Katalysatorschicht eine annähernd isotherme Kurve aufweist. Bei dieser Struktur des Syntheseturms kommt es zwangsläufig zu Fehlinterpretationen von Unterschieden bei der Temperaturregelung, was dazu führt, dass Temperaturunterschiede die Leistung des Syntheseturms beeinträchtigen. Der zweite isotherme Methanolsyntheseturm verwendet einen einstufigen isothermen Turm, der durch siedendes Wasser in der Spule gekühlt wird. Im Turm wird ein spiralförmiges Rohrschlange in der Katalysatorschicht platziert, Kesselwasser wird aus dem unteren Teil des Rohrschlanges hinzugefügt und Mitteldruckdampf und Umlaufwasser werden aus dem oberen Teil abgeführt. Das Wasserzirkulationssystem gewährleistet die Temperaturstabilität des Systems, wodurch nicht nur die Effizienz der Synthesereaktion erreicht wird, sondern durch isotherme Steuerung auch die durch die örtliche Position des Syntheseturms verursachte Temperaturdifferenzbelastung wirksam reduziert wird. 6 Fazit Als Kernausrüstung ist die Bedeutung eines sicheren und stabilen Betriebs des Methanolsyntheseturms offensichtlich. Einerseits muss die Methanolproduktionseinheit angemessene Prozessrouten, fortschrittliche Geräteherstellungsprozesse und Strukturauswahl übernehmen. ； Andererseits ist es notwendig, die Indikatoren der Ausrüstung während des Produktionsprozesses zu kontrollieren und zu optimieren, um sicherzustellen, dass sich die Ausrüstung in einem guten und stabilen Betriebszustand befindet. ； Darüber hinaus implementieren wir als Produktionsabteilung einen besonderen Schutz für wichtige Geräte im Hinblick auf das Gerätemanagement und nutzen verschiedene Maßnahmen, um die Sicherheit, Stabilität und den langfristigen Betrieb von Geräten und Geräten zu maximieren.