金属冶炼企业循环冷却装置反应器发生故障原因分析及对策

储呈宇

（中海油气泰州石化有限公司，江苏 泰州 225300）

1 概述

金属冶炼企业所使用的循环冷却装置是生产过程中的重要设备之一，该设备在实际应用时可供选择的生产工艺有：第一反应部分，即使用单段双剂串联全循环工艺，将部分混合气体与冶炼原料混合以后加入至高压换热器中，然后进入反应进料加热炉，而另一部分混合气体与反应产物在经过换热器后和加热炉中的混合物一起进入反应器中，对部分金属冶炼溶解物可进行回收。第二部分是分馏物的水解工艺，大多数金属物质因其品位较低，在冶炼加工过程中常出大量废渣，分馏过程中进料加热炉，使分馏部分换热流程得到优化，燃料消耗较少且能耗较低。而产生的废渣可以进行有效的回收，且回收率较高。第三部分是催化剂的钝化与再生，即采用添加催化剂的方式进行再生，并使用钝化方案进行催化剂钝化，使用器外再生方式进行催化剂再生。

从金属冶炼企业所使用的循环冷却反应装置使用过程分析可知，该装置的生产工艺本质是在高温、高压的环境下进行的，当金属冶炼采用的催化剂活性很高时就会导致装置出现飞温现象，即催化剂床层整体出现热不稳定问题，反应热和散热之前无法平衡，在催化剂床层中局部过热，都会使床层超温而失去控制，严重时会导致催化剂失去活性、反应器内部结构造成破坏，甚至会引起循环冷却装置出现故障，如火灾、爆炸等事故[1]。

2 冶金企业使用循环冷却装置发生故障的危害

在循环冷却装置放热反应中本身会产生大量的热量，如果对冷却装置的散热温度控制不当就会引起设备故障，大量产生的热量和反应物质被溶解，导致反应生成块状的产物，严重时会影响反应设备内部结构，比如出现管线结垢、堵塞等问题，不仅严重影响正常生产，而且还会浪费大量资源和时间、经济成本，直接造成金属冶炼企业的损失。

3 循环冷却装置出现故障的过程分析

催化剂床层的高点温度达440℃，循环冷却装置立即停止运行，循环气体的压缩停止运行，系统会自动泄压，而催化剂床层的温升也会从35℃立即提升到370℃高温，想要快速启动循环冷却装置使生产可以继续进行，就要采用新型的循环冷却设备使压力提高，在提压和提速之后，防喘振阀打开，随着循环冷却装置压力和速度的提高，运行设备的温度得到有效控制，当循环冷却装置的运行速度提高到6400r/min之后，床层的冷却阀门打开，虽然会引起其他床层温度的升高但是在一小时左右后温度会逐渐下降。冷却装置不断循环使温度最终降到200℃以下，反应系统的压力也得到有效控制，这时可开启进料泵往系统进料，使设备继续正常工作。

4 循环冷却装置出现故障的原因分析

循环冷却装置在正常条件下，入口的温度应大于360℃，但是在催化剂的作用下最高温度应控制在440℃以下，为避免循环冷却装置出现故障而引起催化剂活性丧失或设备损坏，必须对引起金属冶炼用的循环冷却装置出现温度失控的原因进行分析研究，具体原因总结如下。

4.1 冷却装置内循环气体量变少

在金属冶炼过程中采用科学生产工艺情况下，冷却装置内循环气体的作用是维持设备的分压，并使用大量的循环气体挟带反应热以控制因反应热效应过大而使绝热温升过快，但是在循环气体数量变少时，循环气体挟带出的热量便会减少，使得热量大部分被堆积在冷却装置内，使冷却装置外部温度飞快上升，这是导致冷却装置易出现故障的主要原因之一[2]。

4.2 反应进料的温度过高

加如催化剂的反应是一种放热反应，反应的速度越快则反应温度的变化也越快，温度升高越快。所以必须对反应进料的温度进行控制，如果温度过高则会导致冷却装置不能在短时间内达到预期效果，产生重大的生产波动。但是在实际生产中，由于冷却装置反应器凝结水流量调节阀可能会出现故障，或者出现管网蒸汽压力变动就会引起反应进料温度的变化，冷却装置出现故障的现象比较常见。

4.3 反应进料的流量变少

金属冶炼企业冷却装置反应器的反应进料流量变少时就会导致催化剂的喷淋密度降低，进而影响催化剂表面的浸润率。在实际生产中，催化剂床层的温度较高，必定会影响催化剂表面的浸润率，使浸润率快速下降产生床层干表面，进而出现了二次反应，最后导致反应器故障的出现[3]。

4.4 催化剂性能掌握不全面

在冷却装置反应器反应时需添加相对应的催化剂进行生产，但是如果没有全面了解催化剂的性能，在反应系统的压力超过额定值以后会出现反应催化剂加入后气体反应波动过大而引起温度快速升高的问题，在该过程中当反应温度不断升高，加上没有冷却气体可用就会使大量反应热量被留在反应器中而无法被带走，进而引发设备故障。

4.5 其他原因

在冷却设备的温度过高时，系统自动泄压，但是在温度超高情况下反应压力泄放需要放到最低才能有效降低温度。同时，在冷却装置泄压之后系统的压力会慢慢提升，当设备的温度下降不够明显，加上没有超高压力的气体补充进来时候就会继续使冷却设备的温度升高。另外，在循环冷却装置的运行处于正常状态，但是三阀组双阀门打开之后会在低点放空开，在设备停止运行的情况下如果氮气补充不足就无法满足标准生产要求[4，5]。

5 针对循环冷却装置出现故障的解决对策

从上述原因分析来看，如果在正常操作条件下，金属冶炼企业所使用的冷却装置出现异常升温的现象，第一应立即降低反应炉出口温度，降低反应进料温度。第二应立即手动开大冷却装置的冷却阀，控制冷却装置进料的升温速度。第三加大循环气体的流量，及时将反应热量带出设备。第四应结合具体发生故障的原因进行处理，比如温控调节阀出现故障则需对调节阀进行隔离后处理，如果是因为管网加热蒸汽流量波动过大，则应根据实际生产需要作出调整。如果是反应进料量的变化，在处理时要遵循先降温后降量的原则，在短时间内保证催化剂湿润，在加大循环气体进入量的情况下可再次降低冷却设备出现故障的可能性，若出现循环气体完全停止的情况，应打开阀门泄压，使快速带走反应产生的热量，以降低冷却设备的温度。此外，考虑到冷却设备长时间使用后设备自身的温度会很高，反应又继续在发生，这时会使催化剂表面的润湿率快速下降而形成干表面，使冷却装置内的温度发生反弹，因此在泄压时还要适当地补充冷却设备内的气体量，使冷却装置的温度快速下降，减少装置内部的二次反应。至于催化剂引起的问题，可通过有效增大催化剂供给量使反应热量被带走。其他解决办法有，将夹套水循环模式变化手动控制模式，在冷却阀门全部打开后通过加大冷却水量的办法使反应热量及时被排出。总之，只有时刻关注金属冶炼企业使用冷却设备温度的变化，控制好进料和催化剂投放量，并保证进料量和温度的稳定，做好对循环冷却装置和冷却水夹套系统等设备进行检查，强化对没遇到生产工序的监督控制，才能使循环冷却设备出现故障的现象得到有效控制，将经济损失降到最低。

6 结语

综上所述，金属冶炼企业循环冷却装置出现设备故障主要和催化剂、进料量、循环气体进入数量、进料温度等有关，为避免因温度过高而影响催化剂的活性，造成装置设备损坏，甚至引起更加严重的安全事故，必须对造成循环冷却设备出现故障的原因进行分析，制定科学合理的解决方案对冷却装置的温度进行控制，才能降低生产安全事故，才能为金属冶炼企业带来可观的经济效益[6]。