流化床反应器泄漏问题及改进措施

范晓志

(石家庄正元塔器设备有限公司，河北石家庄 052165)

流化床反应器是一种流体(气体或液体)以较高的流速通过床层，带动床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流体的主体流中进行反应，并具有类似流体流动的一些特征的装置。

1 流化床的应用及特点

流化床反应器是工业上目前在苯胺生产方面应用较广泛的反应装置，国内大部分采用流化床气相催化加氢工艺。在反应器中固体颗粒被流体吹起，呈悬浮状态，可做上下左右剧烈运动和翻动，该工艺较好地控制了反应温度，避免了局部过热，减少了副反应，延长了催化剂的寿命，可在不中断生产的情况下，从反应器中取出一批部分失活的催化剂并补充新鲜的催化剂，还可在反应器内配置废热锅炉等装置，以充分利用其反应热。但此工艺操作较复杂，催化剂颗粒之间的碰撞剧烈，催化剂磨损大，造成催化剂破碎率较高，增加了催化剂的损耗；因催化剂颗粒与器壁间也发生剧烈的碰撞，易于造成设备及管道的磨蚀，增大了设备的损耗[1-2]。

2 流化床结构

流化床反应器由筒体、封头、设备法兰、冷却管束、气体分布锥、旋流板分离装置、过滤装置等部分构成(见图1)。设备底部冷管束由64根换热管组成，所用的材质是按照国家标准GB/T 8163—2008中规定的20#钢，换热管分布在3个同心圆上，上下结构对称，均采用不规则弯曲半径弯管同外部环管相连。分布板上打孔，装有502个风帽，风帽为铸件，底部用螺母固定在分布板上；中部设旋流板，上部设160根过滤管，材质为碳钢[3-4]。

图1 流化床反应器结构示意

3 流化床泄漏情况

2010年10月，某化肥厂新购流化床开车运行；2011年2月和4月，设备外部蒸汽环管与换热管处焊口发生泄漏，维修时采用补焊并进行了磁粉检测处理；2011年6月，底部冷管束发生泄漏，经检查为冷管束上部异径管出现裂纹，维修时采用补焊并进行了磁粉检测，合格后投入使用；2011年9月和10月，流化床再次发生泄漏，经检查其底部换热管下部弯管处的管子出现小孔，将管子横向割开后，发现管壁明显变薄，磨蚀较严重。

4 问题分析

分析流化床开车后多次泄漏的原因，发现主要问题在于其底部冷却管束的弯管部分。

(1) 冲刷腐蚀

气体从分布锥吹出，在下部气体流速高，带动催化剂成流化态，对弯管处的冲刷力度大，造成管壁减薄严重，此现象在其他流化床中也有发生，在所用设备中尤为严重。

(2) 材料

设备中所用的管束是按照GB/T 8163—2008的规定，选用20#钢材质的管子。现考虑采用较高等级的冷却管代替20#钢。

(3) 制作工艺

从下部管束弯管制作，到与筒体的组装，其间包含着很多工艺过程，冷却管束的弯管弯曲半径不标准，且弯曲面较多，筒体内外有较多的弯曲弧面，增加了制造难度，在组装过程中曾多次组对，组对中对弯管的多次用力拉伸，使已经减薄的管壁进一步变薄，进而出现泄漏。

(4) 频繁地开停车

设备开车时，管束内通高温蒸汽，管束的热量带动管间的催化剂达到预定温度，此时管束温度高于管间温度，管束受设备筒壁的强制压缩；设备正常运行期间，冷却管束内通水，温度较低，管间催化反应放热，使其处于高温状态，管束受强制拉伸。频繁地开停车使管束弯管处局部热应力增大，造成弯管处易损坏。

5 改进措施

根据所分析的原因，对流化床底部冷却管束部分进行改造，具体措施如下：

(1) 增大冷却管束壁厚，将冷却管束直段和弯曲段壁厚增加，增大弯管对底部流化状态的耐蚀性。

(2) 提高了冷管规格，改造后冷却管束全部采用国家标准GB 5310—2008 中规定的20G管子。

(3) 对管束的弯管部分进行改进，将不规则的弯曲半径在保证膨胀量的前提下，尽量采用标准、简易的弯曲半径，并将筒体外侧与环管处相连的弯管简化，降低了制作难度，减少了调整次数，从而更好地保证了弯管的壁厚。

(4) 尽量减少开停车次数。保证焊接质量，减少泄漏次数是减少开停车的根本保证。对所采购的管件进行严格的检测，对焊接质量进行严格的控制，保证设备质量。

6 结语

改造后，管束弯管段的煨制相对第一次简单了许多，开车至今运行效果良好。流化床中催化剂相对贵重，要求制作精度严格，对制造工艺和焊接工艺质量都有较高要求，需要在实践中不断改进。

参考文献

[1] 孙结实.6 000 t/年苯胺流化床反应器结构设计介绍[J].河南化工，1990(5)：14- 15.

[2] 岑可法，倪明江，骆仲泱，等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京：中国电力出版社，1997.

[3] 周继良，王臣，徐辉，等.流化床反应器的流动模型[J].中国冶金，2007，17(9)：39- 43.

[4] 刘武标，陈汉平，张世红，等.外部流化床燃烧气化反应器的试验研究型[J].化肥工业，2002，29(5)：29- 32.