大型煤化工装置火炬分子封损坏原因及解决措施

朱白钦，卢林栋

（河南龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

1 装置概况

河南龙宇煤化工有限公司一期50 万吨/年甲醇装置，火炬管线为DN800 mm 管线，设计压力等级为0.2 MPa，最大泄放量为22×104Nm3/h，主要用于收集一期气化、甲醇变换、甲醇酸脱、甲醇合成、氢回收等装置开停车放空气、安全阀泄压放空和正常生产压力调整的驰放气放空，气体收集后通过90 m 高火炬燃烧后排放。火炬放空管线沿途每隔30 m 左右设计有排水导淋，末端配套有气液分离罐、水封罐、分子封等附属安全设施。

火炬系统分子封的作用为火炬单元的安全设备，保证在火炬气中断后阻止空气倒流到火炬筒体内，确保再次排放时不发生回火或爆炸，确保火炬设施及生产装置的安全。分子封的工作原理为利用氮气作密封气体，将燃料气充满分子封折流筒体的顶部，在该区域内形成微正压。当氮气在其内的流动速度略大于空气的分子扩散速度时，即可在分子封折流筒体的顶部长期形成一个不含空气的微正压区域，达到阻止空气倒流至火炬筒体内的目的。

该装置所用的主火炬分子封，型号MS-800B，折流板型氮气密封分子封，主体材料为16MnR，其他参数见表1。

表1 分子封参数

2018年5月甲醇酸脱换热器故障临时检修，采取在变换装置在变换阀门送火炬放空。在放空期间压力从57 kPa 突然上升至104.69 kPa 满量程，火炬总管突然出现撕裂现象，系统紧急停车处理。打开分子封检查孔对内部进行检查，发现分子封钟罩与分子封筒体焊接处脱落（图1）。

图1 分子封钟罩与分子封筒体焊接处脱落

2 故障原因分析

初步原因分析，首先对所有火炬排气点压力情况进行排查，没有发现异常泄压情况，其次经过对7 处导淋进行排水，没有发现管内积液情况，基本排除了异常泄压及水击导致管网超压可能。在排除异常泄压及水击导致管网超压可能后，拆开检查了气液分离罐和水封罐，内部没有发现异常，排除封堵造成管道超压原因。最后对分子封检查发现分子封钟罩与分子封筒体焊接处脱落，钟罩随气流上升，堵塞分子封出口，导致火炬管线超压并出现撕裂现象。

3 分子封损坏原因分析

（1）原始设计中，分子封钟罩与筒体下部仅有4 个焊接固定点，上部有4 个未焊接导向点，正常使用时会导致钟罩小幅摆动，易造成下部焊接点疲劳。

（2）分子封钟罩与筒体支撑板焊接口，分子封内件间焊接质量存在严重问题，部分焊缝未焊透，焊缝结构不符合规范要求。

（3）分子封钟罩与支撑板焊缝处未做加强措施，强度不够，容易出现疲劳断裂。

（4）分子封钟罩材料原设计为16MnR，运行期间易被火炬气冲刷、腐蚀，造成钟罩减薄、强度下降。

（5）火炬系统由于距离地面90 m，日常运行不具备检查条件，即使大修期间分子封没有人孔，内部无法检查，导致焊接质量问题一直没有发现。

4 解决及防范措施

（1）根据损坏原因情况，从技术上在分子封上部对内钟罩固定方式进行了技术改造，在内钟罩顶部增加4 个支撑钢管（外径114 mm×8 mm，材料为20#钢），避免内钟罩脱落再次发生憋压现象。

（2）在分子封底部增加了4 个支撑腿，将原有的支撑板复原焊接到原筒体上，要求连续焊，保证下部焊接质量（图2）。

（3）将分子封吊装至地面，按照重新设计图纸进行加固改造，将外筒切割开，焊接底部支撑，复原原支撑板，并在两边加补强板，然后将外筒复原，组对时注意内外筒体中心线同心，筒体保证直线度，焊接所有焊缝外观进行着色检验。

（4）强化火炬系统计划维护检修，大修期间应把火炬分子封列入必检项目，全面检查。

（5）分子封材料由16MnR 升级为310S，避免锈蚀问题出现。

图2 改造后的底部

5 结束语

通过对分子封损坏的原因分析，采取了改造防范措施，设备运行稳定，在2019年9月大修中对分子封检查焊接部位进行全面检测均合格，保证了火炬系统安全、稳定运行。