通过设备综合管理实现装置长周期运行

摘要：通过设备改造、检修、防腐等措施解决了影响装置平稳运行的瓶颈问题，实现了装置的长周期、稳定、连续运行，提升了装置生产综合效益。

关键词：设备 故障 腐蚀 安全 长周期

引言

乌石化公司PTA装置是引进英国帝人化学工业公司（ICI）专利技术，以高纯度对二甲苯（PX）为原料，醋酸为溶剂，醋酸钴和醋酸锰为催化剂，氢溴酸为促进剂进行空气催化氧化，经结晶、分离、干燥，得到的粗对苯二甲酸（TA）产品在精制单元，通过碳-钯催化剂的作用进行加氢还原，使其中的杂质4-CBA转化为易溶于水的对甲基苯甲酸（PT酸），有色杂质也同时分解，在随后的离心分离中除去。设计规模为年产7.5万吨。装置工艺复杂，包括化学反应、结晶、真空过滤、离心分离、干燥、吸收、精馏、气体输送等诸多单元操作，设备共450台，其中动设备有202台。为延长PTA装置连续运行周期，针对设备缺陷、问题进行处理，保证了装置长周期、满负荷、安全、平稳运行。

一、空压机

乌石化纤厂PTA装置空压机为DAMG（德国）1994年产，1995年投用。型号为VK4-20-EX2，为四段压缩，两级尾气透平。从运行记录来看，空压机的非计划停机次数由96年的7次降到2011年的1次。主要采取措施：

1）运行的外部环境的改善，外供电网的稳定，减少了晃电影响。

2）通过对机组的认识，进一步对机组联锁进行梳理。对仪表单点联锁停机的部位进行了二选二的改造。（轴振动：原设计X或Y相有一支高，联锁停机，后更改为X、Y相同时高停机。温度连锁也由一个调整为两个）大大避免了因仪表误动作造成的非计划停机。

3）对空压机各运行参数的时实监控。S8000在线状态监测系统的安装，可以随时观察分析空压机的运行状况。为空压机的机械运行提供参考依据，同时可以为装置提供专家的远程诊断服务。增加的各段出口压力、温度测点，为机组运行准确分析提供了数据支持。

4）加强机组的特护工作，让特护由形式走入实际。通过每周机组运行变化参数的分析，查找机组存在的问题。提出工艺需注意的事项及下次重点检查内容，及时处理检查的问题。

5）严把备件质量，检修质量，重视操作。空压机的备件尽可能采用原厂家，避免因测绘造成的误差，以及质量偏差，是空压机安全运行的基础。对机组的检修严格按照规范，要求对检修的各项指标控制在要求的范围内。对工艺的操作严格执行操作卡，避免认为的误操作。提高机组运行的稳定性。

6）处理空压机的管线、级间冷却器的防腐问题。压缩机的入口过滤器确保了空压机应该压缩洁净的空气。但在PTA装置及大气环境显酸性的条件下，空压机的蜗壳、段间的管线等碳钢材料在空气压缩后的冷凝液腐蚀作用下形成很厚的锈皮，严重影响空压机的安全。检修期针对管线、级间冷却器等内壁进行防腐层处理，保证了空压机运行的安全性。

二、干燥机

在PTA装置中，TA单元及PTA单元各有一台干燥机。在新建的PTA装置中，干燥机的进出口结构已做了新的改动。进料螺旋采用空心螺带的悬臂支撑，杜绝了内轴承的磨损及内部有限空间作业的风险。出料端采用自然下料，没有出料螺旋。蒸汽函密封采用蒸汽旋转头，减少了填料的泄漏。

TA单元的干燥机在2006年进行的改造中采用了新的结构，在运行中已满足1年对干燥机碱洗一次运行要求。且干燥机入口结料、汽相堵塞的现象基本解决。而PTA干燥机在2009年对入口进行改造后，满足装置13t/h的满负荷要求，解决了气相堵塞、进料螺旋内轴承磨损污染产品的问题。但在运行过程中仍存在许多问题制约着装置的长期平稳运行。

1）干燥机的密封失效。采用的橡胶V型密封环，密封性明显优于填料，基本无酸汽溢出。但V型环在使用中会出现高温现象，监控不到位，会在短时间内烧损V型环，造成密封失效，酸汽外泄，对入口轴承造成了严重的腐蚀，其在PTA装置的使用寿命基本在1年以内。

2）干燥的托轮、轮带损坏。干燥机是低速重载，承重的托轮和轮带的挤压磨损比较严重。在运行过程中，出现过轮带断裂、轮带表面剥离，托轮轴承损坏等设备问题，其直接制约了装置的长周期期运行。

3）蒸汽列管的泄漏。泄漏的主要原因是列管很长，为固定列管安装有许多支撑板。在旋转过程中受物料和重力的作用，列管与支撑板长期磨损以致泄漏。干燥机内部列管升降温度过快，引起焊缝等薄弱点出现泄漏。而列管在TA单元运行3年后有明显的腐蚀现象。

4）PTA单元的干燥机出料端未进行改造，内轴承的使用寿命基本维持在一个检修周期。制约着其长周期的运行。

三、针对PTA干燥机出现的问题采取措施

1）车间工艺改变其操作规程，确保TA干燥机进料端保持微负压，为干燥机密封使用填料提供条件。同时，从根本上解决了干燥机漏酸的问题，极大的改善了设备的运行环境，为干燥机的长周期运行奠定了基础。

2）通过技术改造，在内部列管与支撑处增加耐酸腐蚀的橡胶材料，消除列管与支撑的机械磨损，托轮轴承安装位置由中间安装改为托轮两端安装，消除了托轮设计缺陷，对干燥机出料端内轴承进行改造，取消内轴承设计，采用自然下料。

3）加强车间的运行管理，严格按操作规程升降温度，认真对干燥机的各润滑部位润滑到位，鼓励职工发现隐患，及时消缺。确保干燥机的运行在可控之下。

4）落实干燥机的部件准备。如托轮、齿轮箱、蒸汽旋转头。做好干燥机应急抢修的各项准备。

5）对列管、壳体进行腐蚀跟踪，做好检测记录。评定每年的腐蚀速率，对设备腐蚀情况有充分的掌握。

四、搅拌器

PTA装置共有搅拌器22台，其中直接影响装置运行的有13台。TA工段5台，PTA工段8台。搅拌器的故障主要有如下三方面：1）传动部件的损坏，表现为电机、齿轮箱故障；2）机械密封的泄漏；3）罐内的底部轴承的损坏。

为解决上述问题，在工艺上加强操作控制，严禁超温、超压，严禁低于最低液位空转搅拌器。强化现场的三级巡检制度，保证现场的表计指示在要求范围。对搅拌器的各加油部位做到定时、定人、定质、定量的润滑保养。减少人为因素的影响。

对于设备的检修，严格执行作业卡，各输出轴的轴向间隙进行三方确认签字，同时采用先进的激光对中仪严把找正关，对机封备台的检验提高到0.5MPa的气密检测。通过严格的检修验收把关，确保了搅拌器检修的高质量，做到修必修好。在运行过程中，每月择机对在线运转的搅拌器进行在线检查，紧固各连接件、顶丝，防止由于紧固件松动引起的设备损坏。并加强设备的点检，及时发现故障苗头，及时处理。

五、单台设备及有备台设备的维护要求

为保证装置平稳运行，对一些简单的单台设备在做好日常维护的同时，根据可能出现的故障部位做好备件的准备，并准备好相应的应急方案，快速进行处理。如螺旋输送器，准备链条、齿轮箱、轴承、填料。运行时加强对设备的运行状况进行检查，及时与工艺对接，在不影响工艺运行时有计划的进行预防性检修。确保单体设备的平稳运行。

对于有备台设备的管理，做到备台的完好性。严格执行现有的定期切换制、盘车保养制。通过定期切换发现备台设备存在的运行缺陷，及时处理消除。规范落实设备的点检制度，对运行设备进行状态分析，逐步由计划检修过渡到状态检修，形成新的检修模式。

六、提高设备材质等级

D1-310高压吸收塔是PTA反应器尾气洗涤塔，结构为浮阀塔，塔内介质为醋酸、水、PX，操作温度47-160℃，压力1.47-2.06MpaG，塔体、塔盘、浮阀均采用316L不锈钢材料，2006年检修时检查发现塔盘、浮阀等均产生严重的腐蚀，严重影响了尾气洗涤效果，尾气中含有Br-不能完全洗涤干净，沿管路进入后续设备，对后续设备产生了严重的腐蚀，为解决D1-310高压吸收塔内件及后续设备腐蚀问题，对浮阀材质进行升级，依据原始加工数据将材料升级为Ti材，重量与原设计浮阀相同，经过近几年的运行，D1-310高压吸收塔及后续设备腐蚀问题得到了跟本的改善。

七、设备表面电刷镀耐腐蚀材料

601塔（醋酸溶剂回收塔）的第一层、进料口连接法兰、第一人孔均为317L不锈钢材质，塔的其余部分为316L材质。工作介质：反应釜底层1m至2m为90%以上浓度的醋酸水溶液（理论含溴离子约10ppm以内），上层为醋酸蒸汽及水蒸气。工作温度：129℃。塔内壁底部基本为均匀腐蚀，壁表面粗糙不平，麻点密布。

为解决该设备腐蚀问题，我们应用电刷镀钯铜合金镀液和施镀工艺在设备现场施工，工艺操作简单，成本相对较低，效率高，环保性能较好。

钯铜合金镀层能够对PTA装置中的设备起到较好的保护作用的原理是：Pd属于铂族元素，有较高的阴极氢交换电流密度和较高的热力学电势，从而可以促使不锈钢在非PTA性强腐蚀介质（醋酸+溴离子）中的电位提高，进入钝化电位区，表面形成稳定的钝化膜，从而提高在非PTA性腐蚀介质中的耐蚀性能。故利用该原理对不锈钢表面进行处理，与传统的防护镀层完全不同，是通过表面钯元素的电化学作用，提高了不锈钢本身的钝化能力从而起到了防腐的作用，并且不严格要求镀层的连续性。铜一般在冶金学中加入不锈钢基体中可以有效提高耐点蚀的能力。将其与钯一起对不锈钢实施合金镀能够起到协同作用使得耐蚀性进一步提高，尤其铜的加入显著地增强了耐卤族元素腐蚀的能力和膜层耐冲刷的能力，使得膜层的综合性能得到了较大的提高。

对于2008年进行电刷镀处理的601塔内表面和进料口的表面形貌进行了详细勘查，经过镀钯铜的表面区域经过15个月后未发生明显腐蚀变化，原来镀过的灰黑色膜层仍然可见，这表明该区域没有发生明显的腐蚀减薄。进料口的焊缝处没有进一步产生腐蚀缝隙，说明电刷镀钯铜合金起到了保护效果。

八、采用合适的耐腐蚀非金属材料

PTA装置尾气干燥系统原设计设备、管线材料均为316L不锈钢材料，由于尾气中含有Br-腐蚀性介质，对管线及设备腐蚀较严重，对管线经常性进行消漏，腐蚀现象为典型的点蚀后穿孔，已严重影响到设备的安全运行，2007委托某厂加工制造，材料选用国产316L，检修时更换上线使用，由于国产316L不锈钢材料组分不均匀，各项性能比进口材料低，使用半年后出现腐蚀泄漏现象，后经过分析研究，确定采用使用碳钢材料做外壳，内壁采用聚四氟乙烯材料做衬里的方案，2008年上线使用，彻底解决了该设备的腐蚀问题。对尾气、催化剂系统管线采用相同的防腐蚀措施，通过近几年的使用，已解决了这些管线的腐蚀问题。

九、对空压机透平入口导叶的防冲蚀处理

该设备膨胀机一级入口导叶前期已进行多次更换，最近为2006年3月更换西门子进口备件，开机各项运行数据均正常，2007年5月停工检查时发现膨胀机入口导叶叶片存在腐蚀现象。2007年6月检修后开机时，出现空压机开启困难，原因是膨胀机一级入口压力无法建立，低于联锁值所致。为了将空压机顺利开启，开机时将空压机出口压力由原来的1.85MpaG提高到1.90MpaG，保证膨胀机一级入口压力高于联锁值，但也仅能维持在0.65MpaG，此时TE6654（膨胀机二级出口温度）在78-81℃，紧靠85℃的跳车值，严重影响了空压机的安全运行。

原因分析：由于尾气中含有Br-等腐蚀性介质，同时在加热后含有少量水蒸汽，高压气体击打到膨胀机入口导叶叶片表面，叶片表面长期冲刷腐蚀，造成叶片大面积减薄，叶片减薄后相同阀位设定下开度变大，造成膨胀机1级入口压力低，同时叶片腐蚀后开度也难以控制，严重威胁空压机安全运行。

处理方案：2007年5月检修时邀请了国内防腐蚀专家到化纤厂空压机现场查看导叶腐蚀状况，分析了腐蚀产生的机理，同时提出了预防冲刷腐蚀的几项措施，提出备件国产化试用方案，为保证其耐冲刷腐蚀性能，用不同材料进行仿真模拟实验，经过3个月的实验，最终确定了以进口316L不锈钢材料为基材，表面喷涂含镍元素的合金，采用等离子喷涂技术，按此方案实施，基材加工成设计毛坯图样，并进行热处理，加工成型后在表面喷涂0.15-0.20mm厚度的该合金材料。该备件自2008年5月上线使用两年后检查叶片表面未发现腐蚀现象，膨胀机一级入口压力控制稳定。

喷涂技术在PTA装置空压机膨胀机入口导叶中应用达到的效果：

1）进口备件使用一年多后已产生腐蚀，影响了空压机的安全运行，运用喷涂技术对备件进行防腐蚀处理使用三年后仍未发现腐蚀现象，工艺状况稳定，解决了影响空压机安全运行的隐患。

2）在满足相同工艺状况的条件下，国产化大大降低了采购成本。

3）该技术的应用不仅解决了PTA装置空压机现存的问题，同时为同类设备问题的解决提供了一种途径，具有广泛的推广应用价值，尤其在像PTA装置这种材料等级高的设备上应用可降低投资成本。

结束语

综上所述，对PTA装置设备采取了多项技术改造措施，延长了设备运行时间，解决了影响装置运行的瓶颈问题，2010至2013年首次实现了装置的三年连续运行，节省了装置检维修费用，提高了综合生产效益。

参考文献：

[1]刘春荣.浅谈化工机械设备的防腐设计及措施[J].装备制造技术，2011.

[2]白烁星.浅析化工机械设备的管理与维修[J].化学工程与装备，2012.

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