液氨输送管道堵塞原因分析

谷国华

(山东泰山钢铁集团有限公司,山东莱芜271100)

液氨输送管道堵塞原因分析

谷国华

(山东泰山钢铁集团有限公司,山东莱芜271100)

冷轧钢板退火使用液氨制氮,在输送液氨管道中经常发生堵塞。通过X射线定性和定量分析,得出液氨管道堵塞与液氨在当前输送条件下发生铵盐结晶有关。

液氨;堵塞;铵盐结晶

1 引言

冷轧钢带退火保护气通常使用氨分解,制氮机氨分解和制氢发生装置都是以液氨为原料,经汽化后将氨气加热到一定温度,在催化剂作用下,氨发生分解成氢氮混合气体,液氨气化预热后进入装有催化剂的分解炉,在一定温度压力和催化剂的作用下氨即分解,产生含氢75%、氮25%的混合气,气体经热交换器和冷却器及流量计后,可进行纯化处理或直接使用。某冷轧薄板厂在进行液氨输送管道中经常发生堵塞,造成生产用液氨不能正常供应,现就来样液氨管道堵塞物进行分析。

2 试验方法

对发生堵塞管道部位进行宏观分析。使用英国INCA Energy X衍射能谱仪进行X射线能谱分析,使用日本ZXS100e 5700 X射线荧光分析仪定量分析方法确认堵塞物的主要成分,使用灼烧法测定固体不挥发物含量。

3 试验结果

3.1 宏观特征

发生堵塞的管道见图1,堵塞发生控制阀门连接处,阀门的开关直接影响流体流动方式发生改变,对流体的粘滞产生一定影响见图2。使用人工方法将堵塞物进行清理和收集见图3,收集到的堵塞物(见图3中工人手持纸杯内物质)为不规则固体物质,相对较大块状聚集物以结晶状物质为主(见图4中左上角堵塞物),红褐色粉固状物质(见图4中右下角)有强烈刺鼻的化肥味道,堵塞物存在很大的挥发性。

图1 冷轧厂发生堵塞的液氨管道位置

图2 发生堵塞的阀门截面图

根据图5中衍射图谱显示,堵塞物中主要物质为铵盐,根据特征峰推测样品中可能的物质见图5右侧所示,这些物质具有不稳定性,受热极易挥发。

图3 堵塞物的的取样位置

图4 堵塞物的近貌

图5 堵塞物的X射线衍射图谱

3.2 重量分析与荧光分析

因为样品有很大的挥发性,铵盐也存在极大的不稳定性,故对样品进行灼烧处理,取少量样品5g进行灼烧,灼烧后称重0.8g,灼烧残余占总取样样品量的0.8÷5×100%= 16%。故堵塞物中的主要物质为可灼烧分解的铵盐,约占84%。

对灼烧剩余残渣的荧光检测结果显示,液氨管道堵塞物灼烧残渣以Al(氧化物比重44.5%)和Zn(氧化物比重41.8%)为主的杂质化合物,含有极少量的Fe、Cr、Mg的氧化物。

表1 堵塞物样品灼烧后残余固体物主要组织成分

4 分析讨论

液氨管道堵塞物的X射线衍射谱图显示该种物质中不存在C元素和Fe元素(X射线衍射不能测定微量成分),荧光分析中Fe的含量也很少。因为输送液氨的管道为碳钢管,若液氨在使用过程中发生反应或者因腐蚀造成管道堵塞,堵塞物中必定存在较大量Fe元素。由检测结果看,即使是堵塞物的灼烧残渣也只存在少量的Fe离子,所以排除与管道发生反应或腐蚀引起堵塞的状况。

由堵塞物灼烧残余成分可知,该种堵塞物中含有较少量的Al和Zn的化合物,在液氨输送过程中没有可接触的Al和Zn的化合物及其单质,推测该种物质只能由原料带来, Al元素和Zn元素的化学活性比较高,液氨中存在Al和Zn的杂质极易形成铵盐聚合依附点。在高压、低温、氨的介质条件下,可以生成甲铵盐结晶,适当控制温度可以降低此类化学反应的发生[1]。

流体在直管中流动时,当Re＜2 000,流体流动形态为滞流;当Re≥4 000时,流体流动形态为湍流;而当2 000＜Re＜4 000时,流体的流动是一种过渡状态,可以是滞流,也可以是湍流,取决于流动的外部条件[2]。流动方式的不同可引起液体中的杂质沉积效果不同,沉积的发生还与流动速度大小有关。不同生产过程可以选择有附加功能的阀门,如有带夹套、带排净口和带旁路的阀门,有用于防止固体微粒沉降的带吹气口阀门等,有资料显示,在寒冷地区的室外,特别是对化学物料,阀体材质一般不可用铸铁而应选用铸钢(或不锈钢)[3]。适宜阀门的选型也是减少液氨管道堵塞的办法之一。

5 结论

(1)造成液氨管道堵塞的主要物为铵盐。输送的液氨中存在以含有Al元素和Zn元素为主的不挥发固体化合物杂质,在高压、低温、氨的介质条件下发生反应生成铵盐固态物质,直接引起液氨管道的堵塞。

(2)对液氨管道输送管道中的阀门做适当改进,进行有效温控,减轻铵盐的生成和沉积发生。

[1] 吴振伟,彭剑声,张忠群.浅谈合成氨循环系统中的甲铵盐[J].大氮肥,2006(6).

[2] 陈懋章.粘性流体动力学基础[M].北京:高等教育出版社,2002.

[3] 宋虎堂.阀门选用手册[M].北京:化学工业出版社,2007.

An Analysis of Liquid Ammonia Pipeline Blocking

GU Guo-hua

(Shandong Taishan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271100,Shandong,China)

Cold rolled steel sheet annealing using nitrogen producted by liquid ammonia,There often occur blocking in the transmission pipeline of liquid ammonia.Through X-ray quantitative and qualitative analysis,it is concluded that liquid ammonia pipeline blockage is related to the forming of ammonium salt crystallization under condition of liquid ammonia delivery.

liquid ammonia,blocking,ammonium salt crystallization

1001-5108(2016)04-0070-03

TG307

A

谷国华,工程师,主要从事金属材料方面的工作。