王 斌

(河南能源化工集團中原大化公司，河南 濮陽 457000)

在氨汽提尿素工藝的生產過程中，氨汽提塔是氨汽提尿素系統(tǒng)中最核心的設備。由尿素合成塔出來的反應混合物流向汽提塔，混合物在汽提塔管內向下流動時被加熱，溶液中二氧化碳因氨的汽提作用而自溶液中沸騰逸出，最高溫度達到210℃，運行期間，整個汽提塔處于高溫、高壓、甲銨濃度相對較高的環(huán)境中，因此，氨汽提塔在長時間運行后，易出現各種原因引起的泄漏。

1 氨汽提塔的結構

河南能源化工集團中原大化公司(以下簡稱中原大化)尿素汽提塔設計為直立式管殼式熱交換器，汽提塔的設計參數如下：2 574根φ27mm×3.5mm的換熱列管，列管總長5 830mm，換熱面積814m2，列管材質為鈦材；該設備均為上下對稱，上下管箱均襯以5mm厚鈦板，管側管板面襯10mm厚鈦板，管子固定在上下管板上，在上管板裝了分布器，運行一段周期后，汽提塔可以調頭使用，增加設備的使用壽命。

2 汽提塔的運行和泄漏情況

在正常生產中，因原料天然氣供應原因，中原大化尿素裝置最高負荷達到110%(30kNm3/h)，最低負荷只有30%(8kNm3/h)，最長連續(xù)運行周期為145 d，高壓系統(tǒng)封塔最長時間為53h；2004年2月12日，對汽提塔E-101進行了倒頭處理，截至2019年11月21日，累計運行時間7 609d，其中停車497次，累計封塔時間318d，其中，因為汽提塔泄漏導致的停車出現6次。

2019年11月20日，蒸汽冷凝液電導A09801和蒸汽電導A09802由7.3μs/cm左右緩慢上漲至16μs/cm左右，立即對裝置沖洗水系統(tǒng)和相關換熱器進行排查，排查發(fā)現，E101殼側惰氣排放處氨氮達到1 229.82mg/L，11月21日繼續(xù)取樣分析，該處氨氮數據分別為1 262.78mg/L、1 264.84 mg/L，初步判斷為汽提塔E101泄漏，22日取樣分析分別為2 502.9mg/L、2 482.3mg/L、2 533.8mg/L。

3 汽提塔泄漏原因分析

汽提塔殼側惰氣排放處出現氨氮超標，在分析進入汽提塔殼側蒸汽合格的前提下，一般有兩個原因造成此問題，即汽提塔換熱管泄漏和管板列管角焊縫泄漏，而汽提塔管板外側蓋板泄漏一般是在檢漏孔處，下面從設備結構和腐蝕機理兩個角度對這兩種泄漏情況進行重點分析。

3.1 汽提塔列管泄漏

汽提塔主要的腐蝕形式為汽提塔上部汽提管的沖刷腐蝕，隨著運行時間加長，汽提塔列管上部管段局部會出現腐蝕減薄、沖刷溝槽現象，部分管段腐蝕嚴重，大多減薄和沖刷溝槽區(qū)域在距上管口100～150cm的范圍內，區(qū)域的具體范圍取決于設備的結構和設計負荷。其腐蝕泄漏的原因包括以下四點：一是從整根汽提管溫度分布上來說，該處溫度最高，汽提管外側可達225℃，由于溫度升高，鈦材的耐腐蝕性能有所下降；二是該處的汽提作用最強，由于溫度高，使得與管壁相接觸的溶液中的氣相急劇蒸發(fā)，所形成的湍流造成沖刷腐蝕；三是列管的液體分布器質量差，造成各個列管進液不均勻；四是液體分布器安裝不規(guī)范，液體通過管口直接進入列管，形成湍流，造成列管沖刷腐蝕。

根據以上腐蝕情況判斷，如果列管出現泄漏，泄漏點大概率會出現在沖刷腐蝕減薄區(qū)，且其出現后擴展速度較快，泄漏量較大，近幾次汽提塔泄漏數據見表1。

表1 汽提塔泄漏數據

3.2 管板列管角焊縫泄漏

汽提塔管板角焊縫主要腐蝕形式有均勻腐蝕、應力腐蝕、角焊縫疲勞，而造成腐蝕泄漏的原因有三點：一是列管的溫差應力和熱疲勞，由于列管上下的溫差在20℃左右，并且在185～210℃的溫度下運行；二是在運行中由于大幅加減負荷、開停車造成管束震動，引起焊接處疲勞；三是制造缺陷，熱影響區(qū)是換熱管和管板焊接最薄弱的部位，也是換熱器發(fā)生泄漏的起始部位，若不能保證焊接質量，極易產生殘余變形、殘余應力、延遲裂紋。

根據以上腐蝕情況判斷，如果列管角焊縫出現泄漏，漏點的主要形式為氣孔和裂紋，因角焊縫相對較厚，并且此處不存在沖刷腐蝕，不會出現大面積減薄區(qū)，漏點相對較小。

4 汽提塔泄漏位置判斷

汽提塔為立式換熱器，上下管板都存在泄漏的可能性，通過設備結構和數據分析可知，汽提塔在換熱過程中，蒸汽換熱后的冷凝液將會在換熱器的底部有10cm左右的積存，因此，上下管板泄漏將會對殼側惰氣排放處、殼側冷凝液處氨氮的含量產生不同的影響，如果下管板泄漏，殼側冷凝液中的氨氮含量將會比上管板泄漏時明顯出現上漲，汽提塔上下管板泄漏時的數據分析見圖1、圖2。

圖1 下管板泄漏時液相分析數據

圖2 上管板泄漏時液相分析數據

5 汽提塔檢修和查漏方法

在氨汽提尿素工藝中，整個高壓系統(tǒng)設備相互連通，同時設備體積較大，不易單獨隔離，因為高壓系統(tǒng)設備需要在14.5～15.5MPa的壓力下運行，所以高壓系統(tǒng)的合成塔、汽提塔、甲銨冷凝器、甲銨分離器設備壁厚較大，蓄熱量大，如果將整個高壓系統(tǒng)設備統(tǒng)一降溫，將大大增加交出時間，這時可以通過局部降溫的方法，對高壓設備進行降溫，將大大節(jié)約檢修時間。

初步判斷為管板列管角焊縫泄漏后，只拆除汽提塔上管箱的進液十字分布器和清理上管箱填料，不拆除汽提管的液體分布器，在上管板注入脫鹽水，殼側通空氣進行查漏，發(fā)現一列管角焊縫泄漏，隨后采取拆除部分汽提管液體分布器的方法，騰出焊接空間，對漏點進行消漏，整個檢修過程與常規(guī)處理過程相比，節(jié)約檢修周期2～3d。

6 結語

汽提塔是尿素裝置的關鍵設備，只有充分認識和掌握尿素汽提塔的結構和腐蝕規(guī)律，嚴謹地分析泄漏時的數據，才能準確判斷出泄漏位置，從而制定科學、合理的檢修方案，極大減少檢修時間和降低檢修工作量。