含硫污水水封罐失效原因分析及防护对策

杜　辉

(中国石油化工股份有限公司武汉分公司,湖北武汉　430082)

摘　要:针对含硫污水水封罐失效的现状,从其结构和工作原理入手,运用因果分析法进行分析,找出了故障的主要原因是水封罐工作介质使用不当,人为因素、环境因素是次要原因。针对故障的原因提出了防范措施,并结合实际情况对水封罐的改造提出了建议。

关键词:水封罐;失效;因果分析法;防范措施

中图分类号:TE97　文献标识码:B 文章编号:100628805(2006)0120015203

武汉分公司的含硫污水中含有大量硫化氢、

氨及瓦斯等气体。经脱气罐脱除瓦斯气后,含硫污水进入原料水罐除油、除焦,再进入脱硫脱氨塔深度处理。为保证设备安全,常压储罐一般在罐顶都装有呼吸阀或水封罐。由于硫化氢、氨在水中的溶解度较高,为保护主罐安全并避免逸出的臭气污染环境,含硫污水原料水罐的顶部采用水封罐作为安全附件。武汉分公司脱硫装置含硫污水原料水罐均采用同种结构和尺寸的水封罐。1　水封罐的结构和工作原理

水封罐的结构如图1所示

。

图1　水封罐结构示意

从图1可看到,水封罐被隔板分为上、下两部分。水从入水口进入后,水封罐上部的液位逐渐升高,液位高于连通管时,由连通管上沿溢流至水封罐下部。随着水不断的溢流,水封罐下部的液

位也逐渐升高,当液位超过挡水板高度后,水就会翻过挡水板从出水口流出。如此,在水封罐的上、下部各形成一个流动的水封,防止罐内气体直通大气。

为了弄清水封罐的工作原理,将水封罐上、下部分分开研究。

水封罐上部结构示意如图2所示

。

图2　水封罐上部结构示意

假设气相入口的压力为p ,大气压力为p 0;设连通管上沿与大气吸入管下沿高度差为H 1,

大气吸入管内部液位高度为H 2,显然H 2小于等于H 1。

取大气吸入管下沿的平面为等压面[1],列方程得:

p +ρg H 1=p 0+ρg H 2

式中:ρ———液体密度,kg/m 3;

收稿日期:2005207222。

作者简介:杜辉(1972-),男,湖北武汉人。1996年毕业于武汉冶金科技大学,现在中国石油化工股份有限公司武汉分公司排水车间从事设备管理工作,助理工程师。

静设备

石油化工设备技术,2006,27(1)?15?Petro 2Chemical Equipment Technology

g ———重力加速度,m/s 2

。

因为p 0和H 1都是定值,当原料罐内压力降低,p 值不断下降时,大气吸入管内部液位高度

H 2也会不断下降,直到H 2为零,空气就会突破水封补充进来,使得p 值上升,在方程式两边重新建立新的平衡,防止原料罐被抽瘪。

水封罐下部结构示意如图3所示

。

图3　水封罐下部结构示意

设连通管下沿与挡水板上沿高度差为H 3,连

通管内部液位高度为H 4,显然H 4小于等于H 3。

取连通管下沿的平面为等压面,列方程得:

p +ρg H 4=p 0+ρg H 3 因为p 0和H 3都是定值,当原料罐内压力升

高,p 值不断变大时,连通管内部液位高度H 4就会不断下降,直到H 4为零,罐内气体就会突破水封从气相出口排出,使得p 值降低,在方程式两边重新建立新的平衡,防止原料罐膨胀。2　故障情况及原因分析

水封罐自2000年5月投用后一直运行正常。但到了2005年6月初,水封罐的大气进口管出现了往外喷水的现象,并带有刺鼻的气味。不久,该水封罐的主罐(原料罐容2/1)还发生了轻微的抽瘪现象,因发现及时而未产生严重后果。很明显,该水封罐已经失效。

从以上现象分析,该水封罐的上、下两部分均产生故障。通过对水封罐解体发现,罐子中间隔板腐蚀减薄严重,但未穿孔。罐体上部有轻微的油泥状污垢沉积于隔板,平均厚度约10mm ,罐体下部有较厚的油泥状污垢和铁锈混合物沉积于底板,平均厚度约50mm 。排空口和出水口被堵塞。

通过对结构尺寸的复检,发现连通管上沿与大气吸入管下沿高度差H 1和连通管下沿与挡水板上沿高度差H 3,均与设计尺寸相符,罐体结构没有问题。因此可以确定,是由于排空口和出水口的堵塞,使得水封罐最终盛满一罐子水,导致水封罐失效(实际使用中,大气进口管的高度小于气

相入口和气相出口接管的高度,故满罐的水从大气进口管溢出)。

这起故障的直接原因比较简单。为了查找故障的深层次原因并提出对策,特采用因果分析法[2]进行分析。因果分析法是把系统中产生事故、故障的原因及造成的结果所构成错综复杂的因果关系,采用简明文字和线条加以全面表示的方法。其特点是针对结果分析原因,先主后次,层层深入,达到对事故、故障透彻分析的目的。

根据人机环系统理论,从人员、设备、原料、环境四方面入手,应用因果分析法进行分析,因果分析示意如图4所示

。

图4　水封罐失效的因果分析示意

2.1　人为因素的影响

虽然有严格的管理制度,但员工的执行程度

非常关键。操作人员对水封罐是否按时巡检,进、出水阀门开度多少,是否定期排渣;技术人员是否定期进行设备检测,发现问题后能否制订有效措施并及时实施;维护人员是否及时检修,检修质量的高低等,对水封罐的正常运行十分重要。2.2　设备本体的缺陷

水封罐是引进的技术,工作原理是可行的,但在制造过程中上、下两个水封的尺寸不易控制准确,完工后又无法复查,罐体内部无法实行有效的防腐措施,这一切,对制造水平有较高要求。2.3　介质的影响

水封罐的工作介质是水。为了降低成本,使用的是单塔处理后的净化水而不是新鲜水。由于净化水中含有焦粉,长期使用后焦粉在罐底沉积,堵塞管道,从而导致水封罐失效。另外,原料罐气相中含有H 2S 和N H 3,而H 2S 易溶于水,生成H 2S (液),N H 3可溶于水,生成N H 3?H 2O ,二者对设备均有腐蚀作用。进一步分析,H 2S (液)和N H 3?H 2O 在常温常压下,对水封罐壳体的腐蚀

很缓慢,故不是影响设备安全的主要因素。这与

?61?石　油　化　工　设　备　技　术

2006年　

设备监测中心对罐底污垢的成分分析结果相吻合。

2.4　环境因素的影响

水封罐为露天放置,工作环境比较恶劣,易腐蚀,且安装在与原料罐顶基本平行的平台上,离地面较高,操作、检修不便。另外,由于没有臭气回收设备,排出的气体直接进入大气,易造成臭气扰民的环保事故。

综合以上分析可知,水封罐工作介质使用不当是产生故障的主要原因,人为因素、环境因素则是次要原因。

3　防范措施

故障的致因是多样性的,其防范措施也要从各方面综合考虑。

3.1　提高工艺的科学性

厉行节约是值得提倡的,但应以安全和正常生产为前提。本例中从节约成本考虑以净化水代替新鲜水作为水封罐水源,短期可行。但要保证长期运行,应使用新鲜水作为水封罐工作水源。如果将净化水中的焦粉过滤后再作为水封罐的水源,则也不失为既安全又节约的好办法。所以,工艺制度应在实践中不断完善,使其具有科学性、准确性。

3.2　保证设备的可靠性

按照有关规定合理确定设备的使用周期,严格执行操作规程,严格检查维修,排除潜在隐患,保证设备安全。

(1)技术人员根据运行情况和检测数据,如罐体测厚、焊缝探伤等情况,定期(4～5年)对水封罐进行全面检修。

(2)操作人员严格执行操作规程,保证设备平稳运行。如定时、定点巡检,确保水封罐进、出水阀门开度,每周排渣一次等。

(3)维护人员对发现的问题要及时处理并保证检修质量。

3.3　加强安全监察

使用安全生产法等法律手段强制企业及人员严格执行相关法律、法规等,对违反者按相关法律、法规严格处理。

4　改造建议

目前武汉分公司脱硫装置即将进行油品质量升级的配套改造,含硫污水处理能力将由100t/h 扩大到220t/h,现有的含硫污水原料罐及各自的水封罐将拆除,新建5座3000m3和1座1000m3含硫污水原料罐,这些污水罐均需要设置相应的水封罐。为确保主罐(各含硫污水罐)的长周期安全运行,现提出如下改造建议:

(1)汽提净化水如果使用得当,完全可替代新鲜水进行水封。其所含的钙、镁离子远少于新鲜水,不易与主罐内溢出的硫化氢和氨气形成金属盐沉淀;经过高温处理后,基本不含微生物;水封罐前设置过滤设施,并定期检修,可将其所含的焦粉有效去除。总之,合理使用汽提净化水不仅可以节省新鲜水,也是减少排污、清洁生产和发展循环经济的需要。

(2)脱硫装置改造所新建的含硫污水罐大部分为3000m3,远大于现有的含硫污水罐,水封罐的使用状态对主罐的安全操作至关重要。建立原料罐区水封管网,改单水封罐为多水封罐并联水封,可防止某座水封罐失效而导致主罐严重变形事故的出现。设计上可考虑各水封罐与主罐的联通管之间设置跨阀,既可单独检修,又可并联投用。

(3)现水封罐均安装在各主罐罐顶,巡检、检修极为不便。建议新增污水罐的水封罐设置在新建装置框架平台或地面上,集中布置;设置总排气烟囱、吸气总管和独立的下水总线;各罐间距要适当,便于分别检修。如果条件允许,还可安装臭气回收设备,避免臭气扰民的环保事故发生。

(4)从处理本次水封罐失效事故不难看出,水封罐必须进行定期检修。新建水封罐如不设置检修手孔,需要进行检修时,只能将水封罐解体,费时、费力,得不偿失。另外,设置水封罐排水管时,应按使用汽提净化水(进口压力0.8M Pa)为水源考虑进出口管径的匹配,兼顾切换使用新鲜水(进口压力0.35M Pa)的状况,排水管应在现有的基础上适当改大。

5　结束语

含硫污水水封罐材质普通,容积小,制作成本低廉,但作用非常巨大。它的正常使用,不但可以保持含硫污水原料罐基本常压的状态,还可以充分吸收含硫污水中逸出的各种有害气体,防止臭气扰民等污染事故的发生。反之,不但造成设备严重损害,还将导致灾害性的环保事故。

参考文献:

1　李云倩.化工原理.北京:中央广播电视大学出版社,1995 2　何学秋.安全工程学.徐州:中国矿业大学出版社, 2000

　第27卷第1期杜辉.含硫污水水封罐失效原因分析及防护对策

N OVE L EQUIPMENT AN D NEW TECH2 N OLOG Y APPL IED IN CATALYTIC CRACKING UNIT

Fang J i ag ui.S I N O P EC Engi neeri ng I ncor po2 ration,P.C.100101

Abstract　This article int roduces st ruct ural fea2 t ures and act ual application of some novel equip2 ment and new technologies used in catalytic cracking unit in recent years,such as B Y-cy2 clone separator,BSX-type t hird stage cyclone separator,t hird stage cyclone separator wit h up and down arch,t hird stage cyclone separator wit h down arch,SHS technology of self-p ropa2 gating,SW Y-external heat-remover,BWJ-nozzle,pour compound run by gravity,Actehem abrasive lining,segmental steel wire fiber,tie-rod wit h side p ulling ring and separately disas2 semble manhole.

K eyw ords　Catalytic cracking,Novel equip2 ment,new technology,Performance characteris2 tic,Application

LOCAL STRESS ANALYSIS ON POINT A AN D OPTIMAL DESIGN FOR SPHERI2 CAL TANK

L i u M i ng f u.Fushun B ranch of En gi neeri ng Desi gn,CN PC,P.C.113006

Abstract　Dist ributio n and varying regulation of local st ress adjacent to point A was summarized by local stress analysis on t he lowest connecting point A of shell where is connected wit h t he sup2 port of sp herical tank.It is co nsidered t hat equa2 torial plate and sp herical shell plate,which is connected wit h t he support s,can be in different t hickness so as to decrease st ress intensity adja2 cent to point A in design of sp herical tank, which p rovides a practice met hod to optimally design sp herical tanks.

K eyw ords　Local st ress on point A of sp herical tank,Analysis,Optimal design

TEST AN D STU DY ON HEAT EXCHANG2 ER WITH VARIAB L E CR OSS SECTION TUBE UN DER SUPPORTS WITH DIF2 FERENT TUBE SPACE

Yi Hong,et al.Guan gz hou Coal Gas Com p any,

P.C.510060

Abstract　Wit h various met hods to test,com2 pare and analyze four kinds of shell-t ube heat exchanger wit h small diameter t ubes arranged surrounding t he edge of t ube bundle which is in a st ruct ure of single segment baffle,1/3variable cross section combined wit h2/3bare t ube,2/3 variable cro ss section t ube combined wit h1/3 bare t ube and1/3variable cross section t ube combined wit h2/3bare t ube.The result gives i2 dea t hat t he longit udinal flow shell-t ube heat exchanger wit h t he combined t ube bundle in var2 iable cross sectio n wit hout baffle plate can p ro2 vide a certain basis of promoting in indust ry.

K eyw ords　St ruct ure of t ube bundle,Bare t ube, Variable cro ss section t ube,Heat t ransfer, Pressure drop

APPL ICATION OF A N OVE L SWY EX2 TERNAL HEAT-REMOVER IN IN2 D USTRAY

W an g Zhi z hon g.S I N O P EC Ref i nery of Yang2 z i Pet rochemical Co.L t d.P.C.210048 Abstract　Since it was difficult to manufact ure and test on t he original header bundle-type ex2 ternal heat-remover,wit h poor stress on it, rupt ure occurred several times at t he high tem2 perat ure,so t he Refinery of SINO PEC Yangzi Pet rochemical Co.Ltd.replaces t he header bun2 dle wit h SW Y external heat-remover by using a single st udded heat-t ransfer t ube during re2 vamp,which can ensure manufact uring quality of bundle and heat remove capability of external heat-remover.It has reliable operation and re2 markable economy benefit.

K eyw ords　SW Y external heat-remover,St ud2 ded t ube,Application

ANALYSIS ON FAI L URE CAUSE OF WA2 TER SEAL ED TANK FOR SU LFUR-BEARING WASTE WATER-AN D PR O2 TECTIVE COUNTERMEASURE

D u H ui.S I N O P EC W uhan B ranch,P. C. 430082

Abstract　By use of cause and effect analysis met hod to analyze t he sit uation of failure for wa2

ter seal tank For sulf ur-bearing waste water f rom it s st ruct ure and working p rinciple finds out t hat misusage of operating medium is t he main reason of failure of water-sealed tank, and man-made and environmental factors are secondary reason.Based on t hese,p rotective measures and p roposals of revamp for water-sealed tank are p ut forwards.

K eyw ords　Water-sealed tank,Failure,Cause and effect analysis,Protective measure

A T YPE OF HIGH EFFICIENCY HEAT EXCHANGER WITH FORCED HEAT TRANSFER ON ITS SHE LL SIDE AN D APPL ICATION IN IN D USTR Y

Chai Yebi ng,et al.M aomi ng College,P. C. 525000

Abstract　This article int roduces t he research result of heat exchanger wit h heat t ransfer forced on it s shell side;analyzes t he cause of poor heat transfer efficiency of segmental baffle -heat exchanger;set s fort h t he principle of forced heat t ransfer on shell side of helical baffle -heat exchanger;makes comparison to techno2 logical performance between helical baffle-heat exchanger and segmental baffle-heat exchang2 er and analyzes t he economy benefit.Helical baffle-heat exchanger of engineering examples are made and point out t hat appearance of helical baffle-heat exchanger makes large-sized heat exchanger become possible.

K eyw ords　Shell-t ube heat exchanger,Heat t ransfer forced on shell side,Helical baffle, Segmental baffle,Engineering application CORR OSION ON ATMOPSPHERIC FUR2 NACE TUBE AN D TRANSFER L INE

Yu X i aopeng.S I N O P EC L uoy ang Pet rochemi2 cal Com p any B ranch,P.C.471012

Abstract　By analyzing corrosion on t he t ube of at mosp heric f urnace and t ransfer line,leakage f rom t ransfer line of t he f urnace is mainly caused by highly sulf ur contained in crude oil,serious erosion,inappo site material and equip ment age2 ing.According to t he reason of corrosion,some measures are taken,such as t he t ransfer line is wholly packed,material is upgrated,t he dist ri2 bution and corrosion regulation of active sulf ur in t he unit is understood,t he t hickness of high temperat ure position is measured at fixed point, all of t hese are for t he p urpose to avoid crude oil wit h high sulf ur entering into t he unit directly. K eyw ords　At mosp heric f urnace,Transfer line, Corro sion

BAKEOUT OF OVEN AN D ITS COUN2 TERMEASURE FOR310t/h RECYC L E FL UIDIZED BED BOI L ER

X u H ui.Pow er Pl ant of S I N O P EC S hang hai Pet rochemical Co.L t d.,P.C.200540

Abstract　This article int roduces t he require2 ment s for bakeout of oven and main ways and step s for t he first set of310t/h recycle fluidized bed boiler,and t he relative modified measures for bakeout of oven are implemented o n t he sec2 ond set of recycle fluidized bed boiler based on t he sit uation of rapidly temperat ure rising and abnormal start of fire gone out protection in t he heart h,so t hat t he bakeout of oven is satisfacto2 rily successf ul.

K eyw ords　Recycle fluidized bed,Boiler,Bake2 out of oven

FINITE E L EMENT ANALYSIS ON CON2 TACT MODE L OF STU D AN D FLANGE CONNECTION IN ViBRATION-BEAT FACI L IT Y

X ue J i anmi n,et al..Mechanical Engi neeri n g College of W uhan Chemical I nstit ute,P. C. 430073

Abstract　By means of establishing an entity contact model of st ud and nut s and by t he use of t hree-dimension contact element and pre-st ress element to make finite element analysis on connection st ruct ure of st ud and flanges in vibra2 tio n-beat facility so t hat a conclusion of st rengt h and seal property of t his st ruct ure can be obtained.The manner of model establishment and analysis met hod involved in t his article has a definite use for reference for analyzing t he simi2 lar st ruct ure.

K eyw ords　Contact model,Finite element analy2