最终浓缩冷却器损坏原因分析及改造
张 杰，吴问陶
（川化股份有限公司，四川 成都610301）
［中图分类号］TQ 051.6+2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2015）01-0038-02
1 概 况
川化股份有限公司第二化肥厂尿素装置原设计采用日本三井东压全循环改良C法工艺，由合成、分解、回收、结晶造粒4个工段组成，设计产能1 620 t/d。2003年采用日本东洋工程公司改进ACES工艺对原尿素装置进行了全面技改，不仅使尿素装置的产能提高到了2 460 t/d，而且改进ACES工艺最新的溶液循环和汽提技术使装置节能降耗效果明显，满足了装置的长周期运转和环保要求。改造后的尿素装置由合成、净化、浓缩、回收、工艺冷凝液处理、甲铵液处理6个工段组成，原结晶造粒工段被浓缩工段所取代，原结晶过程转变为真空蒸发过程。其中，新增浓缩工段中的关键设备——最终浓缩冷却器（EA353）与分离罐（FA352）相连，从浓缩一段分离器（FA351）出来的浓度96.7％的尿液通过离心泵送入最终浓缩冷却器，通过蒸发提浓得到浓度99.8％的尿液，经分离罐分离后，送往造粒工段生产得到尿素产品。最终浓缩冷却器为管式换热器，内部换热管规格为φ19 mm×2 mm，共671根，材料为304不锈钢，外筒材料为16MnR，其主要性能参数见表1。
表1 最终浓缩冷却器主要性能参数
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项 目 |
性能参数 | |
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壳程 |
管程 | |
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设计压力/MPa |
0.8 |
0.172/FV |
|
工作压力/MPa |
0.471 |
-0.097 99 |
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设计温度/℃ |
200 |
170 |
|
工作温度/℃ |
157 |
130/138 |
|
壁温/℃ |
157 |
153 |
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介质 |
蒸汽 |
尿素溶液 |
|
腐蚀裕量/mm |
3 |
0 |
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保温层厚度/mm |
120 |
100 |
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容器类别 |
一类 | |
|
焊接接头系数（筒体/封头） |
0.85 | |
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程数 |
1 | |
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换热面积/m2 |
95.7 | |
2 使用情况
最终浓缩冷却器于2004年尿素装置技改后投入使用，开车初期运行稳定，系统各项工艺参数正常，但运行半年后（2005年年初）浓缩工段开始出现真空度不达标的情况，尿素产品中水分含量超标，尿素颗粒中Fe含量最高达到15×10-6，超过指标控制值（10×10-6），Ni含量最高达到04×10-6，也超过指标控制值（0.2×10-6）。由此推断，浓缩工段存在因腐蚀而发生的泄漏现象，通过综合分析，重点怀疑蒸发器（EA352）和最终浓缩冷却器为泄漏源。于是利用年度大修机会对2台重点怀疑设备进行了全面检查：EA352经0.8 MPa氮气试漏和管板探伤检测，未发现泄漏；对EA353进行氮气试漏和探伤检测，发现上管板管口焊缝出现多处泄漏点及裂纹，且换热管上段管口管壁明显减薄。针对发现的问题，对泄漏点及裂纹进行了打磨补焊处理，换热器试压合格，泄漏消除，大修结束后重新投入使用，运行正常。但半年后，浓缩工段工艺指标再次出现异常波动，根据上次的经验，怀疑EA353又出现了泄漏，紧急停车对其进行了检查，发现上管板管口出现大面积泄漏，且上段管口管壁冲刷腐蚀严重，最薄处壁厚已不足0.6 mm。再次对泄漏点进行补焊，为防止爆管，对壁厚不足0.6 mm的换热管进行了堵管处理。同时，考虑到此换热器出现泄漏的频率及再次修复的价值，按原设计图纸又重新制作了1台备用，于2006年大修时将换热器进行了整体更换并投入使用。但新更换的换热器2006年年底又出现了相同的问题，经修复后监护使用。2008年和2010年又先后2次对该换热器进行了整体更换，但更换后的新设备运行时间均未超过半年就出现泄漏，且使用时间越长腐蚀泄漏情况越严重，甚至出现爆管现象，直到无法进行修复。第1台最终浓缩冷却器换热管测量数据见表2。……
更多内容请见《中氮肥》2015年第1期