SNAM氨汽提法尿素合成塔泄漏维护及处理.pdf

收稿日期2013-09-29 作者简介刘志勇( 1979) ， 男， 河南临颍人， 2003 年毕业 于郑州大学化工学院化学工程与工艺专业， 工程师。 SNAM 氨汽提法尿素合成塔泄漏维护及处理 刘志勇，刘利民 ( 河南能源化工集团中原大化公司，河南 濮阳457004) 中图分类号TQ 441. 41 文献标志码 B 文章编号1004 9932( 2014) 03 0050 03 0引言 河南能源化工集团中原大化公司化肥事业部 尿素装置是从意大利斯那姆 ( SNAM)公司成套 引进的氨汽提法大型尿素生产装置，年产尿素 520 kt，1990 年 5 月 5 日建成投产。该装置的尿 素合成塔 101 是由我国自行制造的第 1 台氨汽 提工艺大型尿素合成塔，由意大利 SNAM 公司 与中国寰球化学工程公司联合设计，南京化学工 业公司化工机械厂制造，其型式与美荷型和法型 尿素合成塔基本相同，为筛板塔。2013 年 3 月 26 日巡检发现，尿素合成塔 101 第 12 层检漏 孔有白色结晶物出现，随即上报公司，并召开专 题会议分析讨论当前的运行工况。通过对泄漏物 和工况参数变化的分析，决定暂时监护运行， 2013 年 5 月 27 日随合成氨装置一起短停处理， 期间泄漏点没有明显的变化。现把尿素合成塔漏 点运行维护情况进行总结，望对同类型问题有一 定的借鉴意义。 1尿素合成塔主要设计参数及结构特点 尿素合成塔主要设计参数:设计温度 210 ，操作温度 188 ，设计压力 16. 67 MPa，操 作压力 15. 2 MPa，容积 158. 2 m3，腐蚀裕度 0 mm，安装质量 273. 15 t。 尿素合成塔 ( 图 1)原设计塔盘 10 层，为 提高尿素合成转化率，后增加 2 层塔盘，并对部 分塔盘进行了改造。筒体采用以 7 mm 厚衬里板 为内筒的多层包扎结构;衬里纵焊缝经 100% X 光检查，不设检漏系统;衬里环焊缝采用盖板结 构，检漏通道为不锈钢通道，检漏管穿过保湿层 直接就地显示;封头衬里采用带极堆焊 25-22- 2CrNiMo 材料;人孔衬里采用与纵焊缝可检漏的 松衬结构;人孔密封采用复合平垫结构，垫片材 料为铝 + TEFLON。 尿素合成塔衬里采用 316L- MOD 尿素级不锈 钢材料。冷态条件下，衬里与外部壳体有 1 1. 5 mm 间隙;运行状态下，衬里与外部壳体贴 合较紧密，故斯那姆工艺对开停车有严格的温 度、压力控制要求。 图 1尿素合成塔及检漏孔示意 2尿素合成塔的腐蚀特点 尿素合成塔内的介质主要为氨、二氧化碳、 水、甲铵和尿素，氨、二氧化碳和水极易形成甲 铵溶液，而甲铵溶液具有很强的腐蚀性，甲铵浓 度越高，温度越高，对设备的腐蚀就越强。在正 第 3 期 2014 年 5 月 中氮肥 M- Sized Nitrogenous Fertilizer Progress No. 3 May 2014 常生产过程中，由于尿素合成塔处于高温、高 压、甲铵浓度相对较高的环境中，所以其腐蚀情 况一般比其他系统的设备严重。 尿素合成塔整体表现为内部衬里的均匀腐 蚀。但从整个合成塔所涵盖的腐蚀类别来看，除 整个衬里的均匀腐蚀外，还有其他多种腐蚀形 式:顶、底封头的环焊带部位经常出现针孔腐 蚀;固定合成塔出液管线上的卡子及相关部件经 常出现磨蚀;衬里焊缝的边沿处由于焊接时母材 受温度的影响，导致局部贫铬等，运行几年后就 会出现刀状腐蚀;合成塔上封头的人孔处存在垢 下腐蚀，由于保温不好也有一定的冷凝腐蚀;合 成塔塔盘与塔壁的环隙之间存在着一定的冲刷腐 蚀等。 从尿素合成塔整体腐蚀情况来看，中部腐蚀 最重，上部和下部的腐蚀程度基本相当。纵观合 成塔的综合腐蚀情况，与理论上是相吻合的，中 部为温度最高的区域，而且该区域甲铵的浓度相 对也比较高，所以中间部位的腐蚀最严重，衬里 的减薄量最大;顶部虽然温度比较高，但尿液浓 度比较高，甲铵的浓度比较低，腐蚀情况小于中 部;而底部虽然甲铵浓度最高，尿液浓度较低， 但游离氨最多，温度比较低，因此底部的腐蚀情 况也小于中部，与顶部的综合腐蚀情况基本 相当。 3尿素合成塔日常维护及腐蚀情况 尿素合成塔是尿素生产中的关键设备，其运 行好坏直接影响到整个装置的安全稳定运行。对 尿素合成塔制定了专门的运行台账，严格控制合 成塔工艺指标 ( 如温度、压力)在可控范围内。 开停车期间，由于尿素合成塔衬里材料的膨胀系 数约为壳体碳钢材料的 1. 5 倍，若开、停车过程 升温、降温速率过大，会造成其衬里与外壳温差 过大，产生局部热应力，将衬里压皱或拉裂，导 致应力腐蚀破坏，所以一般控制升温、降温的速 率不超过 30 /h。正常生产期间，尿素合成塔 每月进行 4 次设备检修孔检查，其中 1 次使用不 大于 0. 05 MPa 的仪表空气进行检漏，3 次为目 视检漏。通过这些措施的实施，截至 2013 年， 尿素合成塔运行 20 多年未出现过泄漏事件。尿 素合成塔各运行周期同一部位的平均腐蚀速率见 表 1。 表 1尿素合成塔各运行周期平均腐蚀率 mm/a 运行时间 腐蚀部位 上部中部下部 1996-102001-050. 109 50. 1450. 091 4 2001-052004-020. 171 50. 2120. 176 2 2010-122012-120. 126 70. 3540. 119 2 注:上部指顶部第 1 5 层塔盘的部位，中部指中间第 5 10 层塔盘的部位，下部指第 10 层塔盘以下的部位。 从表 1 可以看出:中部的腐蚀比上部和下部 严重，这也和前面的理论分析相符合;2010 2012 年的腐蚀速率有所增加，这是因为 2009 年 之前，系统负荷一直偏低，合成塔腐蚀并不严 重，2010 年后，由于公司积极协调，天然气供 应量比往年有大幅度提高，平均负荷由 70% 提 高到 95%左右。 4尿素合成塔漏点出现后的维护及处理 4. 1漏点的发现 2013 年 3 月 26 日 10: 00，班组在对尿素合 成塔进行目视检漏时，发现第 12 层筒节焊缝西 侧南北 2 个检漏孔都有白色结晶物，经取样分 析，结晶物为尿素和甲铵液结晶，初步判断为合 成塔第 12 层检漏孔有轻微泄漏。 4. 2漏点维护方案 根据尿素合成塔漏点泄漏情况，经过公司专 题会议讨论，决定坚持运行，并做好泄漏点的日 常维护工作，确保其在可控范围内稳定运行。 具体维护方案如下: ( 1)班长及岗位人员每 1 h 观察 1 次，每 2 h 爬塔检查 1 次; ( 2)记录检漏管真实泄漏量变化情况; ( 3)每个白班分析 1 次检漏孔溢流物中的 氨含量，出现异常数据及时增加取样次数，对比 分析结果，并注明空气吹扫 4 根检漏管畅通情况 ( 先取样分析再用空气吹扫) ; ( 4)控制好生产负荷，不超压，不超温， 减少系统波动; ( 5)技术员每个工作日巡检 2 次，分厂厂 长每天巡检 1 次，事业部领导每周巡检 1 次，并 记录巡检情况; ( 6)若发现检漏孔有液体连续流出或泄漏 量明显增大，应立即汇报主管领导及调度，系统 做停车排塔处理。 ·15·第 3 期刘志勇等: SNAM 氨汽提法尿素合成塔泄漏维护及处理 白班分析的检漏孔溢流物中的氨含量数据见 图 2。 将图 2 数据和生产情况对比可知:在系统负 荷稳定的情况下，漏点的漏量变化基本稳定;当 系统负荷波动较大时，漏点的漏量有较大变化。 如:2013 年 4 月 22 日因合成氨装置净化系统拦 液，送尿素 CO2出现大幅度波动，CO2被迫从 尿素合成退出约20 min，造成工况变化较大，系 统大幅度减负荷运行，4 月 23 日白班测得检漏 孔溢流物中的氨含量由正常的 2% 突增到 12%， 但随着工况的稳定，4 月 25 日氨含量恢复到正 常值;5 月 11 日的情况类似;5 月 26 日氨含量 逐渐上升是因为系统准备停车处理，开始降低负 荷造成的。因此，在尿素合成塔出现漏点的情况 下，保持系统负荷的稳定是保证漏点不扩大发展 的关键。 图 2白班分析的检漏孔溢流物中的氨含量数据 4. 3检修处理 2013 年 5 月 27 日，因合成氨装置计划停车 处理现场问题，尿素装置趁机停车对合成塔漏点 进行处理。尿素合成塔排塔置换合格后，检漏人 员进入塔内，按照氨渗漏检测的方法 ( 先用空 气吹扫，确认本层 4 个检漏管干净畅通，然后堵 住其中 3 个检漏管确保不漏气，接 0. 05 MPa 氨 气至敞口检漏管口，检漏人员在尿素合成塔内对 检漏管位置粘贴酚酞试纸，观察试纸颜色变化， 若变红，即确定该位置腐蚀泄漏)查找漏点。 开始一直未找到有试纸变色的地方，怀疑可能是 杂质堵塞了漏点，因此对检漏孔用脱盐水重新冲 洗了 5 min，冲洗后用氮气吹扫干净，再进行氨 渗漏试验。经过检漏人员 4 h 的查找，最终查出 尿素合成塔第 12 层检漏孔内部衬里上环焊缝焊 肉下有一微小针孔漏点。根据此情况，由专业人 员对漏点进行打磨补焊。处理后，再重新查漏时 出现多处焊缝处酚酞试纸变红，而在第 2 次、第 3 次查漏时均未发现酚酞试纸变红。专业检修人 员解释为:在打磨焊肉时，内部残存的氨气溢 出，残留在新焊接处，导致重新查漏时第 1 次酚 酞试纸变红，后 2 次查漏时残存的氨气消失，酚 酞试纸未变红。经设备人员确认补焊合格后系统 开车，并一次开车成功。开车后再次对尿素合成 塔检漏孔检漏，未发现有结晶物或氨气产生，说 明补焊修复效果良好。 5结束语 尿素合成塔是尿素生产的关键设备，只有充 分认识和掌握合成塔的腐蚀规律和影响因素，才 能减缓或避免一些腐蚀情况的发生。鉴于合成塔 中部衬里减薄并出现泄漏的情况，公司决定 2013 年冬季大修时对衬里进行更换，以保证尿 素合成塔的安全运行。 参考文献 1 袁一 尿素 M 北京:化学工业出版社，1997 2韩文安 金属在尿素介质的腐蚀 M 北京:中国科学技 术出版社，2000 3陈留栓 氨汽提尿素生产工艺培训教材 M 北京:化学 工业出版社，2006 ·25·中 氮 肥第 3 期