杜坤桥
（中海石油化学股份有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］ 中海石油化学股份有限公司1 000 t/d气头合成氨装置自1996年6月投产以来一直运行稳定，2018年3月首次对氨合成塔出口的合成废热锅炉（08E001）和给水预热器（08E002）进行解体检修。本次检修首次采用建立水封的方式来保护氨合成催化剂以及08E001和08E002内作业人员的安全，详细介绍氨合成塔建立水封的方法和步骤，08E001和08E002的查漏及检查检测情况，以及对查出缺陷的修复情况，以期为业内类似检修作业提供一些参考与借鉴。
［关键词］氨合成系统；废热锅炉；给水预热器；角焊缝裂纹；炉水泄漏；水封；检查检测；缺陷修复
［中图分类号］TQ113.26+6.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）05-0026-04
0 引 言
中海石油化学股份有限公司（简称中海油化学）化肥一部合成氨装置以天然气为原料，采用ICI-AMV工艺，设计产能为1 000 t/d合成氨；其中，氨合成塔采用瑞士卡萨利专利技术。自1996年6月合成氨装置投运以来，氨合成塔一直运行稳定，氨合成系统的氨净值、床层温度、进出口压差等各项工艺指标均正常，并于2018年5月创造了卡萨利氨合成塔成功运行22 a的世界纪录。2018年3月合成氨装置正常停车检修，当月检修完成开车，本次检修首次对氨合成塔出口的合成废热锅炉（08E001）和给水预热器（08E002）进行了解体检修，以下对本次检修情况作一总结。
1 合成回路工艺流程及设备概况
1.1 工艺流程简述
氨合成系统合成回路工艺流程简图见图1（注：虚线为建立水封的管线）。从合成气压缩机（07K002）循环段来的合成气进入合成气换热器（08E003）壳程，与合成塔出口气换热后进入合成塔参与反应；合成塔底部出来的高温气体依次进入08E001、08E002、08E003管程，与其壳程的介质换热——08E001产生饱和高压蒸汽、08E002加热锅炉水、08E003回收合成气的热量；08E003出口合成气经冷冻系统分离产品氨后进入07K002。
氨合成系统之合成塔入口温度由08E002旁路阀（TV08001）及08E003冷激阀调节，合成塔第一、二、三催化剂床层入口温度分别由第一旁路控制阀（TV08015）、第二旁路控制阀（HV08003）和入口大阀（HV08001）调节；开工加热炉用于系统开车初期合成塔的升温。
1.2 设备概况
1.2.1 合成废热锅炉
合成废热锅炉（08E001）由德国BORSIG公司设计制造，属自然循环卧式火管锅炉，主要由法兰封头大盖（材质为15NiCuMoNb5）、进口管箱（材质为13CrMo4-5）、U形管管束（材质为13CrMo4-5）、管板（材质为13CrMo4-5）及换热器壳体（材质为15NiCuMoNb5）等组成，换热面积为461.5 m2；08E001共有192根U形管，每根U形管的进口端都有1根镍基合金INCOLOY 800H的火嘴套管，可避免U形管入口通道及管板直接与热气流接触，从而可避免氢脆和氮效应［1］。
生产过程中，流量33 t/h的锅炉给水在08E001壳程经加热后变成322.5 ℃、11.8 MPa高压饱和蒸汽，管程内合成气压力为10.52 MPa，经换热后合成气温度由401 ℃降至332 ℃。
1.2.2 给水预热器
给水预热器（08E002）也由德国BORSIG公司设计制造，其型式为DFU，由人孔盖（材质为15NiCuMoNb5）、进口管箱（材质为13CrMo4-5）、U形管管束（材质为13CrMo4-5，共1 760根）、管板（材质为13CrMo4-5）及换热器壳体（材质为15NiCuMoNb5）等组成，换热面积2 838.3 m2；其结构特点为壳程内有一轴向水平隔板隔开U形管上、下两部分，增大了壳程行程及壳程介质的流速，从而可提高其换热效率。
生产过程中，流量为141 t/h的锅炉给水在08E002壳程经加热后温度由222 ℃升至313 ℃，管程内的合成气经换热后温度由332 ℃降至230 ℃。
2 泄漏问题
2.1 废热锅炉隔膜板角焊缝裂纹而致泄漏
2012年3月20日合成氨装置检修后重启，在合成塔升温阶段，现场发现合成废热锅炉（08E001）法兰密封面10点钟方向存在泄漏，合成回路紧急停车，工艺气退至甲烷化系统后放空，检查确认为08E001隔膜板角焊缝存在裂纹而致泄漏。为缩短检修时间，当时进行了如下紧急处理：① 立即用氮气对合成回路进行置换，分析合格后控制合成回路压力低于5 kPa；② 拆除08E001大盖螺栓，拆下大盖；③ 制作专用工具固定隔膜板，对隔膜板角焊缝进行打磨，用ERNiCr-3焊丝对角焊缝进行焊接修复，检测合格后回装大盖。2012年3月25日08E001检修完成后，氨合成系统恢复运行。
08E001封头密封为隔膜板密封结构，隔膜板与壳体封头为角焊缝连接结构，隔膜板不承受高压，压力是由外侧大盖来承受的。对于裂纹产生的原因，可能是长达16 a的连续运行过程中多次开停车使得大盖螺栓冷热收缩膨胀而发生了轻微的屈服或蠕胀，螺栓松动、预紧力有所减小［2］，即隔膜板轻微的变形造成隔膜板与壳体法兰角焊缝的强度减弱，继而产生裂纹，最终导致高温高压工艺气从裂纹中漏出。
在之后的运行中，08E001再没有出现隔膜板角焊缝泄漏的情况，2018年3月系统大修中对08E001隔膜板角焊缝进行检查，也未发现存在缺陷，表明当时紧急处理的效果良好。
2.2 锅炉水漏入合成回路
更多内容详见《中氮肥》2021年第5期