电解金属锰氨蒸发器列管泄漏原因分析及对策

李建军，王建任，何贤明，韩俊杰

(中信大锰矿业有限责任公司天等锰矿分公司，广西 天等 532807)

配氨水工序是中信大锰(天等)新材料有限公司生产辅助工序，主要负责向化合工序、电解工序提供合格的氨水，配氨水工序的好坏直接关系到整个电解金属锰生产能否正常运行，氨蒸发器列管泄漏，直接影响本装置和供氨水系统的安全连续运行，而且设备检修、更新工作繁重，同时影响到了生产。针对这些状况，查找影响的因素，为今后防止和减少同类失效事故发生提供依据和对策，保证设备使用的安全性和确保生产能够稳定持续运行。

1 氨蒸发器列管泄漏检查

车间在1号氨蒸发器刚刚投入运行时，操作人员反映在氨水工序的循环水池旁闻到比较浓的氨味，而且发现氨蒸发器及出口管道全部结霜的现象，并听到氨蒸发器有异常响声;氨蒸发器当时远程压力显示液位只有0.03 t，现场看不到液位，氨蒸发器压力为0.4 MPa，阀门开度只有1/4。根据上述情况，操作人员立即将1号氨蒸发器解列，并将2号氨蒸发器投入运行，通过母管向外供氨水，以保证电解生产正常运行。

事后组织维修人员对氨蒸发器进行解体检查，具体步骤：a检查氨蒸发器筒体外观;b检查氨蒸发器泄漏量。通过对蒸发器壳程进行加水检漏，发现该氨蒸发器列管泄漏严重，有19根列管泄漏，列管泄漏点靠近蒸发器列管循环水出口端;c检查氨蒸发器列管爆裂段。采用扩张法，把泄漏比较重的列管焊接部分扩开，通过人工把这条列管拉出来，从拉出来的管道表面看，管道外侧无腐蚀，经检查列管中有1段管已爆裂，裂缝长约100 mm，裂口沿轴向分布，裂口处管道直径明显增粗，在与裂口连接的管道内有1段腐蚀比较严重，其他部分基本无内腐蚀。

2 氨蒸发器列管爆裂原因分析

2.1 现象分析

氨蒸发器列管突然爆开，液氨进入氨蒸发器列管，与水发生化学反应，产生氨水，氨水随着循环水回到循环水池中，循环水池是敞开式的，氨水中的氨蒸发出来，所以在循环水池旁闻到比较浓的氨味;由于氨与水反应是放热反应，放出大量热量，随着温度的升高，氨蒸发器内的液氨加剧气化成气氨，大量的气氨涌向高位吸氨器，液氨蒸发成气氨，吸收大量热量，氨蒸发器和出口管道没有保冷层，氨直接从空气中吸收热量，引起设备周围空气温度下降，空气中的饱和水附在设备和管道外壁上，从而出现氨蒸发器及出口管道结霜的现象;同时，由于氨蒸发器内外温差产生的应力，造成氨蒸发器发出异常的响声［1-3］。

拆开氨蒸发器两端封头，对其筒体两端列管口进行检查，发现列管内侧有锈斑，腐蚀不严重，属轻度腐蚀。

2.2 事故原因分析

1)不良操作习惯导致列管冻裂

氨蒸发器运行为间歇操作，工作结束前，必须将壳程内液氨蒸发完，蒸发器内的循环水排净。由于实际生产中每天运行需开停车几次，每次停车的时间只有2～3 h，操作人员主观认为停车时间不长，因此每次停车后并没有排循环水，然而蒸发器内的液氨只是大部分蒸发完，容器内还残存少量液氨，极易发生氨蒸发器列管冻裂情况。从现场列管爆裂的位置看，发生氨蒸发器列管冻裂全部在氨蒸发器循环水出口端位置，该位置是循环水中温度最低点，当水停止流动，该处的列管极容易被冻裂。

2)频繁操作进液氨旁路阀门

由于调节阀存在缺陷问题，操作人员靠打开旁路阀门加氨，在1个工作日中，操作人员完全凭操作经验频繁启闭进液氨阀门，以控制蒸发器内液氨的液位，在这种交变的操作压力下会引起机械应力的交变;同样，操作温度也在一定的范围内不停地变化，而引起热应力的交变。氨蒸发器经常运行在这种交变载荷下，由于变应力作用，也会导致列管萌发疲劳裂纹，并扩展为低循环疲劳失效。

3)氨蒸发器底部积液罐设计偏大

氨蒸发器底部有1个积液罐，由于积液罐设计容积偏大，其底部集结的液氨较多，而现场液位计又无法正常显示其真实液位，会造成液氨蒸发器停车时液氨无法全部排尽，极易导致蒸发器列管冻裂。

4)列管工作温度偏低

氨蒸发器列管采用20号钢，使用的温度下限为－20℃;当氨蒸发压力在0.2 MPa状态下运行，液氨蒸发温度就会在－20℃左右;而经常工作在材料设计温度的下限，会使列管脆性断裂的可能性增大，也会容易引起列管泄漏事件。

5)列管材质及制造存在问题

氨蒸发器壳程有液氨，此介质对碳钢和低合金钢材料不会引起较大的严重腐蚀，但当材料的局部钝化膜不完整或被破坏后，就会给腐蚀创造条件。由于制造加工、修理改造的残余应力，以及结构上形成的应力集中点，如列管与折流板交界处存在应力集中状况，使管子在拉应力和腐蚀性介质联合作用下诱发应力腐蚀，可能出现脆性破坏，或者产生微小裂纹，产生其他破坏形式的隐患。

综合上述，本次氨蒸发器列管泄漏的主要原因是操作不规范，不严格执行安全操作规程酿成结果。

3 预防措施

1)更换泄漏的列管

目前氨蒸发器爆裂的列管有19条，其他的列管没有问题，只需要更换泄漏的19根列管。其他列管待有机会时将其全部更换为耐低温32无缝管，提高氨蒸发器列管使用的安全性、可靠性。

2)完善操作规程

由于配氨工序为间歇操作，在短期停车时，要求循环水系统不停车;如果需要长期停车，在停车前，需将氨蒸发器内的液氨全部蒸发完(含氨蒸发器底部);并且循环水系统继续打循环，直至氨蒸发器外部看不到水痕为止，并将蒸发器内的循环水排净。

3)完善仪表控制系统

目前配氨工序仪表控制系统使用不稳定，液位不准，调节阀不灵活。要求对仪表系统逐一进行检查、调试，为配氨操作人员提供安全、稳定、可靠的监视控制系统。

4)审核氨蒸发器底部积液罐容积

审核氨蒸发器底部积液罐容积，确保积液罐容积设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等应符合相关的中国法律及规范，消除氨蒸发器列管冻裂的潜在隐患。

5)完善工艺控制指标

由于氨蒸发器列管的材质为20号钢，使用的温度下限为－20℃。为避免列管产生脆性断裂，将氨蒸发器蒸发压力控制在0.4～0.6 MPa，确保液氨蒸发温度在0℃以上运行。

6)循环水处理

从现场看，循环水质很差，配氨工序使用时间较长时容易堵塞列管，为了防止循环水带污泥或杂物进入氨蒸发器列管，引起氨蒸发器列管堵塞或结垢，建议对循环水进行过滤处理。

7)技能培训与管理

加强岗位员工培训，提高岗位员工的操作技能［4］;强化操作人员持证上岗的管理;强化配氨工序检查和考核的管理，不断提高员工的负责任心，确保配氨水工序装置安全稳定运行。

4 结语

液氨蒸发器自从更换耐低温32无缝管后运行稳定，未再发生列管泄漏事故，蒸发能力也得到明显提高，能同时满足3万t/a电解金属锰厂生产用氨需求，确保了生产能够正常运行。

［1］沈佩文.氨蒸发器列管爆裂的原因分析［J］.化工生产与技术，2003，10(3)：36－37.

［2］周德红，赵云胜，胡敏涛，等.合成氨厂液氨储罐泄漏环境风险分析［J］.安全与环境工程，2009，16(2)：101－104.

［3］郑杨炜，谢殿荣，何衍兴，等.基于MATLAB的液氨泄漏环境风险分析［J］.安全与环境工程，2010，17(1)：41－44.

［4］林允明.设备管理［M］.北京：机械工业出版社，2005.