尿素装置CO_2汽提塔加热器泄漏分析及处理_王付生.pdf

收稿日期 修稿日期 作者简介 王付生（），男，安徽临泉人，工程师，安徽六国化工股份有限公司氮肥厂尿素车间主任，主要从事尿素生产管理工作。尿素装置 汽提塔加热器泄漏分析及处理王付生，王 磊（安徽六国化工股份有限公司，安徽 铜陵）摘 要 安徽六国化工股份有限公司 尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦 汽提工艺。年 月 日每日例行检测发现 汽提塔加热器排出蒸汽冷凝液电导率及 含量严重超标，基于汽提塔结构及工作原理，以及尿素装置蒸汽和冷凝液系统工艺流程，结合蒸汽及冷凝液检测数据，经分析确认为汽提塔加热器泄漏所致。在做好泄漏处理前的准备工作并制定好处理方法后，年 月 日尿素装置停车检修汽提塔，确认汽提塔上花板存在一处针雾状漏点，随即进行了补焊处理，年 月 日尿素装置重启后，迄今汽提塔加热器运行状况良好。并从 汽提塔加热器泄漏事故中总结了汽提塔的运行维护措施。关键词 尿素装置；汽提塔加热器泄漏；蒸汽及冷凝液检测数据；数据分析与泄漏判定；漏点处理；运行维护措施中图分类号.文献标志码 文章编号 （）引 言安徽六国化工股份有限公司（简称六国化工）尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦 汽提工艺，设计产能为 ，于 年 月建成投产。年 月 日，六国化工尿素车间例行每日对 汽提塔加热器排出蒸汽冷凝液进行取样分析，其电导率为 （工艺指标要求电导率 ）、含量.（工艺指标要求 含量为 ），引起了尿素车间的高度重视 汽提塔加热器是否有泄漏？后经排查，确认汽提塔上花板存在一处轻微泄漏。以下就本次泄漏的分析判定及处理过程等作一总结。汽提塔及尿素装置蒸汽加热系统简介.汽提塔结构及工作原理汽提塔是 台立式固定管板降膜式列管加热器，其高压部分由换热管箱、短节球形封头、人孔盖、液体分布器、升气管、管板等组成，低压部分由壳体、膨胀节、防爆板组成。其中，汽提塔高压部分的球形封头、人孔盖板、列管加热器花板的承压部分均为碳钢材质，接触尿液介质面衬一层 厚的 奥氏体不锈钢；液体分布器、升气管、降膜式列管加热器均为 奥氏体不锈钢材质；低压部分的壳体、膨胀节、防爆板接管均为碳钢材质。汽提塔的任务是把尿素合成塔出料中的未反应物、（甲铵）通过加热汽提的方式分离出来。尿素合成塔出液压力为.、温度为 ，组分有、（）、，经过液位调节阀（）控制尿素合成塔液位后进入 汽提塔加热器上花板，尿液在汽提塔上花板上形成一定的液位后经升气管底部 的小孔进入加热列管内，自上而下沿管壁呈膜状下降；气则从汽提塔下部经气体分布器均匀分布后进入加热列管内，气自下而上从加热列管内中心上升，由于 气大大降低了下降液膜表面的氨分压，从而促使甲铵大量分解，分解所需热量由加热列管壳侧的蒸汽提供，分解气和 气一同从汽提塔顶部的出气管进入尿素合成系统，尿液则经汽提塔液位调节阀控制液位后进入低压精馏塔。.尿素装置蒸汽系统概况来自锅炉工段的.蒸汽自下而上分别通过压力调节阀加入.高压蒸汽第 期 年 月中 氮 肥 .DOI:10.16612/ki.issn1004-9932.2023.02.002饱和器、.中压蒸汽饱和器、.低压蒸汽饱和器，用于调控各蒸汽饱和器的压力在工艺指标范围内。高压蒸汽饱和器位于汽提塔加热器的底部（汽提塔加热器是高压蒸汽饱和器唯一的蒸汽用户），高压蒸汽饱和器的蒸汽从汽提塔加热器壳侧顶部加入，产生的蒸汽冷凝液依靠位差流入高压蒸汽饱和器，经高压蒸汽饱和器液位调节阀控制液位后减压进入中压蒸汽饱和器。.中压蒸汽饱和器唯一的蒸汽用户为二段蒸发加热器，二段蒸发加热器产生的蒸汽冷凝液排入蒸汽冷凝液回收槽，中压蒸汽饱和器出液则通过出液调节阀控制液位后减压排入低压蒸汽饱和器。低压蒸汽饱和器位于高压甲铵冷凝器的上部，低压蒸汽饱和器底部排出的蒸汽冷凝液从高压甲铵冷凝器加热器壳侧底部进入，并依靠位差充满高压甲铵冷凝器加热器壳侧，壳侧蒸汽冷凝液吸收列管内的反应热产生的.低压蒸汽进入低压蒸汽饱和器中上部；.低压蒸汽饱和器的用户有精馏塔蒸汽加热器、预蒸发加热器、一段蒸发加热器，各蒸汽加热器产生的蒸汽冷凝液集中回收到蒸汽冷凝液槽，之后外送至水处理系统处理后用作锅炉补水。尿素装置之 汽提塔加热器、高压甲铵冷凝器加热器、精馏塔加热器、预蒸发加热器、一段蒸发加热器、二段蒸发加热器，其加热蒸汽均走壳程，加热管内走的均是含氨介质，任何一台蒸汽加热器发生泄漏，管内的含氨介质就会渗漏到壳侧的加热蒸汽中，该加热器排出的蒸汽冷凝液含氨量及电导率就会升高。简言之，分析各台蒸汽加热器排出的蒸汽冷凝液中的氨含量和电导率是判定其是否泄漏的重要手段。从上述蒸汽系统工艺流程及蒸汽用户可以看出：来自锅炉工段的.蒸汽假如带氨或其蒸汽冷凝液电导率高，必然引起尿素装置界区内全部蒸汽和蒸汽冷凝液氨含量和电导率升高；尿素装置中任何一台蒸汽加热器发生泄漏时，该加热器排出的蒸汽冷凝液中的氨含量和电导率必然高于尿素装置内其他任何一台加热器排出蒸汽冷凝液的氨含量和电导率。蒸汽及冷凝液检测数据分析与泄漏判定.蒸汽及冷凝液的检测数据 年 月 日，六国化工尿素车间加强来自锅炉工段的.蒸汽与尿素装置内各蒸汽饱和器排出蒸汽冷凝液以及各蒸汽加热器排出蒸汽冷凝液中的氨含量和电导率分析，具体分析数据见表。表 锅炉来蒸汽和尿素装置各蒸汽饱和器及蒸汽加热器排出蒸汽冷凝液分析数据日 期进装置.蒸汽高压蒸汽饱和器出液中压蒸汽饱和器出液低压蒸汽饱和器出液精馏塔加热器出液预蒸发加热器出液一段蒸发加热器出液二段蒸发加热器出液氨电导率氨电导率氨电导率氨电导率氨电导率氨电导率氨电导率氨电导率 注：氨含量的单位为 ，电导率的单位为 。.检测数据分析与泄漏判定六国化工锅炉来.蒸汽及尿素装置各蒸汽冷凝液的工艺指标为电导率 、氨含量 。分析数据显示：界区外锅炉工段来.蒸汽（入高压蒸汽饱和器蒸汽）的电导率为 、氨含量为 ，在工艺指标范围内；高压蒸汽饱和器.蒸汽的唯一用户为 汽提塔加热器，高压蒸汽饱和器排出的蒸汽冷凝液电导率高达 、氨含量高达 ，均远高于工艺指标值，由此基本上可以判定 汽提塔加热器大概率存在泄漏。分析数据同时显示，高压蒸汽饱和器排出蒸汽冷凝液的电导率和氨含量 中压蒸汽饱和器排出蒸汽冷凝液的电导率和氨含量 低压蒸汽饱和器排出蒸汽冷凝液的电导率和氨含量。据高压蒸第 期王付生等：尿素装置 汽提塔加热器泄漏分析及处理 汽饱和器出液压力.、温度 ，中压蒸汽饱和器出液压力.、温度，低压蒸汽饱和器出液压力.、温度 ，以及高压蒸汽饱和器出液进入中压蒸汽饱和器、中压蒸汽饱和器出液进入低压蒸汽饱和器的工艺流程，高压蒸汽饱和器、中压蒸汽饱和器、低压蒸汽饱和器排出蒸汽冷凝液分析数据（电导率和氨含量）呈现逐级递减的原因是，进入中压蒸汽饱和器、低压蒸汽饱和器的蒸汽冷凝液，在减压闪蒸过程中携带的氨部分闪蒸分离进入了气相。分析数据也显示，精馏塔加热器、预蒸发加热器、一段蒸发加热器与低压蒸汽饱和器排出蒸汽冷凝液的氨含量和电导率数据高度一致，这是因为精馏塔加热器、预蒸发加热器、一段蒸发加热器所用蒸汽均来自于低压蒸汽饱和器，间接表明上述加热器并没有发生泄漏。分析数据还显示，二段蒸发加热器与中压蒸汽饱和器排出蒸汽冷凝液的氨含量和电导率数据高度一致，这是因为二段蒸发加热器蒸汽来自于中压蒸汽饱和器，间接表明二段蒸发加热器并没有发生泄漏。综上所述，可以判定，尿素装置蒸汽冷凝液系统各处冷凝液分析数据（电导率和氨含量）严重超标的原因是 汽提塔加热器泄漏所致。汽提塔加热器泄漏处理前的准备工作.及时停车处理的必要性发现 汽提塔加热器排出的蒸汽冷凝液含氨时，除了要及时查明泄漏原因外，还要及时做好尿素装置停车处理汽提塔加热器漏点的各项准备工作。一旦确定汽提塔加热器出现了泄漏，压力约.的高压合成液漏入.的加热蒸汽中，在高达.的压差下漏点长大速度很快，且汽提塔加热蒸汽侧的壳体、花板等均为碳钢材质，漏入的含氨合成液对碳钢有很强的腐蚀性，因而停车处理越早越好，以免事故扩大化。.临时配管及准备盲板汽提塔加热器漏点处理需配临时管道 停车前要在汽提塔加热器壳侧底部排污导淋配低压氮气临时管、蒸汽冷凝液临时管和气氨临时管，这三种介质临时管上均设置双截止阀和阀间导淋，且临时总管要设置量程为.的压力表用于测量汽提塔加热器壳侧的压力；同时，应根据汽提塔加热器蒸汽和蒸汽冷凝液管口尺寸和压力等级加工出相应的盲板，准备好对应管口法兰的垫子、螺栓、工具以及检修作业需要的脚手架等安全设施。汽提塔加热器泄漏的处理.漏点查找及处理的方法汽提法尿素装置中汽提塔加热器泄漏处理，从尿素装置停车工艺处理到交出具备检修条件一般需要 左右，检修开始到检修完成交出设备一般需要 左右。为保障检修作业安全、简便、快捷，漏点查找及处理的方法如下。首先采用水压试验初步查漏法查找汽提塔加热器的漏点 向汽提塔加热器壳侧充水提压，水压初步查漏法适用于泄漏稍大漏点的查找，找到漏点后只需把水排空、空气干燥即可，具有安全、简单、快捷的特点；轻微漏点采用“加水充压”查漏方法很难查找出来，此时需采取“氨渗透法”查找漏点 向汽提塔加热器壳侧通入低压氮气和少量气氨，通过酚酞试剂显色确定漏点。汽提塔加热器漏点找到后，进行补焊处理，采用不低于 汽提塔材质等级的焊条、由具有高压设备焊接资质的专业焊工严格按照焊接工艺要求进行作业。汽提塔漏点处理结束后，再进行一次“氨渗透”漏点复查和气密保压试验，再次确认无泄漏后，汽提塔加热器壳侧泄压、置换，合格后通知设备人员抽汽提塔加热器蒸汽和蒸汽冷凝液管口盲板及管口复位，安装升气管、上 下封头等，其后进入开车程序。.漏点处理过程 年 月 日夜班人员接班后，按照六国化工 汽提法尿素装置工艺操作规程对高压系统进行停车、排塔、泄压、置换、降温；合格后，年 月 日：拆汽提塔上 下封头、塔内升气管，加热器所有管口加盲板。首先，对汽提塔壳侧进行加水充压查漏，发现汽提塔上花板处有一处针雾状漏点，其他地方没有发现漏点；接着，对漏点处花板进行探伤检查，由于漏点发现较早且及时停车检修处理而未对汽提塔加热蒸汽侧的壳体、花板等碳钢材料造中 氮 肥第 期成较严重的腐蚀，即壳体、花板等无需补焊；随后，汽提塔制造厂家具备专业资质的焊工采用与汽提塔上花板同等材质的焊条对汽提塔上花板处针雾状漏点进行补焊。补焊结束后，对汽提塔加热器壳侧进行“氨渗透”查漏，没有发现有新的漏点，接着进行气密保压试验，试验数据符合压力容器气密保压试验要求。年 月 日白班期间汽提塔回装完毕，晚班人员进行汽提塔升温钝化；年 月 日，尿素装置重启后运行稳定，迄今汽提塔加热器排出蒸汽冷凝液电导率 ，完全在工艺指标范围内。汽提塔运行维护措施为预防与及时发现 汽提塔加热器出现泄漏，确保其安全平稳运行，主要需做好如下方面的工作。.严控原料及公用工程介质指标严格控制进入尿素装置的脱盐水 含量、饱和蒸汽中 含量.，严格控制进入尿素装置的 气中总硫含量.、含量.（体积分数）。.严控汽提塔的工艺操作升温钝化时，严格控制 汽提塔升温速率 ；升压时，严格控制进入汽提塔的 气温度在 ；高压系统升压时，严格控制升压速率.；正常生产中，严格控制汽提塔壳侧的加热蒸汽压力与负荷相对应，严格控制汽提塔的液气比、液位在指标范围内，定期排放汽提塔加热器底部排污阀处积存的盐类物；停车时，严格控制汽提塔的加热蒸汽压力在.，严防尿素合成塔“倒液”而致汽提塔满液；装置停车尿素合成塔排塔时，严禁物料进入汽提塔而致满液腐蚀；尿素装置停车时，严格控制汽提塔降温速率 ，严禁含超标 等不合格水进入汽提塔。.做好日常工艺检测和设备巡检正常生产中，认真做好每天白班 次的进尿素装置.饱和蒸汽及脱盐水中 含量检测，做好每天白班 次的高压蒸汽饱和器出口蒸汽冷凝液电导率和氨含量检测，做好每天白班 次的汽提塔上 下封头检漏氮气氨含量检测；加强设备巡检，检查与汽提塔相连管道的振动、加固及法兰是否有泄漏等情况，检查汽提塔的外部保温防腐情况、汽提塔的检漏氮气畅通情况、汽提塔所属仪表运行情况，等等，发现问题及时处理。.做好设备定期检测汽提塔的内部检测内容包括汽提塔上 下封头耐腐蚀衬里检查、上 下球形封头和花板焊缝腐蚀减薄检测、换热列管腐蚀及减薄检测等，汽提塔初次使用满 要做