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合成氨装置变换系统水加热器泄漏原因分析及解决

[日期:2022-10-14] 来源:《中氮肥》2022年第5期  作者: [字体: ]

赵阳,袁帅

(安阳化学工业集团有限责任公司,河南 安阳455133

 

[摘  要]安阳化学工业集团有限责任公司第二套合成氨/尿素装置中串低变换工艺系统中,水加热器的作用是使中变炉出口气与热水泵出口热水在此完成换热,以降低中变炉出口气温度使其达到进低变炉的要求。20192020年变换系统水加热器频繁发生泄漏,泄漏的热水带入低变炉后造成低变催化剂活性下降,对系统生产负荷影响很大,同时还影响到设备的安全稳定运行。以20206月发生的水加热器泄漏事件为例,介绍其泄漏经过以及泄漏列管的检测(包括宏观检查和微观检测)情况,从设备材质、物料、操作等方面对水加热器列管泄漏的原因进行分析,认为开车过程中高温蒸汽长时间加热水加热器致设备“干烧”以及中压蒸汽提温操作不当是导致其泄漏的主要原因,并指出了遇到类似设备问题的正确处理方式以及换热设备日常生产中的操作要点。

[关键词]合成氨装置;变换系统;水加热器列管泄漏;事故经过;宏观检查;微观检测;原因分析;解决/预防措施

[中图分类号]TQ113.26+4.2   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202205-0023-04

 

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安阳化学工业集团有限责任公司(简称安化公司)第二套合成氨/尿素装置于19993月建成投产,设计产能为120 kt/a合成氨、200 kt/a尿素,其半水煤气净化系统采用中温变换→低温变换→变换气脱硫→钾碱液脱碳→氧化锌脱硫→甲烷化的工艺流程。2010年,本套合成氨装置进行扩能改造,改造为联醇工艺,净化系统工艺流程改为中温变换→低温变换→变换气脱硫→变压吸附脱碳→干法脱硫→低压醇烃化→氨合成;改造完成后,第二套合成氨/尿素装置产能为170 kt/a氨醇、240 kt/a尿素。安化公司第二套合成氨/尿素装置中串低变换工艺系统中,水加热器的作用是使中变炉出口气与热水泵出口热水在此完成换热,以降低中变炉出口气的温度,使中变气温度指标达到进低变炉的要求。20192020年变换系统水加热器频繁出现泄漏,泄漏的热水带入低变炉后,造成低变催化剂活性下降,对系统生产负荷影响很大,同时还影响到设备的安全稳定运行。为此,安化公司采取了一系列措施,最终彻底解决了水加热器泄漏的问题,以下对有关情况作一介绍。

1  变换系统工艺流程及水加热器简介

1.1  变换系统工艺气流程

造气系统来的半水煤气,经压缩机提压至2.16 MPa送入变换系统,经入工段分离器分离煤气中的废油水后从饱和塔塔底进入,循环热水从饱和塔塔顶进入,在饱和塔内经换热后半水煤气温度从常温提至约140 ℃,之后从蒸汽混合器顶部进入,与从蒸汽混合器底部进入的2.5 MPa蒸汽混合,再经中温换热器继续提温,通过副线调节温度至340 ℃左右,进入中变炉进行变换反应,使半水煤气中的CO含量由约30%降至约7%;出中变炉的工艺气(中变气)温度在420 ℃左右,进入中温换热器降温至约270 ℃,再通过水加热器与循环热水换热降温至200 ℃左右,进入低变炉进一步进行变换反应,使工艺气中的CO含量降至1%左右,之后低变炉出口工艺气(低变气)经降温后送至变换气脱硫塔。

1.2  变换系统循环热水流程

循环热水通过水加热器与中变气换热,温度升高至160 ℃左右进入饱和塔顶部加热、增湿半水煤气,降温后的热水再到热水塔顶部,与低变气换热,降低低变气的温度并回收热量,从热水塔出来的热水由热水循环泵加压至2.8 MPa左右送入水加热器,形成热水循环。据热水水质分析情况,通过热水塔底排污进行部分热水的置换——循环热水用4.0 MPa脱盐脱氧水补充和置换,可从饱和塔补入,也可从热水塔补入。

1.3  水加热器概况

水加热器为列管式换热器,属二类容器,外筒规格为Φ1 000 mm×14 mm×4 200 mm,换热面积232 m2;水加热器列管材质为S32168,共有列管737根,列管规格为Φ25 mm×2.5 mm×4 200 mm。水加热器管程介质为循环热水,设计压力3.12 MPa、操作压力2.84 MPa,设计温度170 ℃、操作温度157.5168.4 ℃;水加热器壳程介质为变换气,设计压力2.42 MPa、操作压力2.20 MPa,设计温度292 ℃、操作温度182.0291.6 ℃。

2  水加热器列管泄漏事故经过

20192020年变换系统水加热器共出现过3次泄漏:2019415日,投运低变炉的过程中,发现低变炉入口导淋大量带水,变换系统停止开车,处理水加热器泄漏列管11根;201910月,生产中发现低变炉阻力上涨较快,判断水加热器出现内漏,当年11月检修时对水加热器进行了更新;20206月,第二套合成氨/尿素装置检修后开车的过程中,水加热器再次出现泄漏,发现近300根列管泄漏,不得不更换为备用水加热器。

20206月的这次水加热器列管泄漏为例,当时第二套合成氨/尿素装置检修后开车,62100:25中变催化剂开始氮气升温,19:52开脱盐水调节阀(FI10406)向饱和塔补水,补水(脱盐水)流量为4 m3/h20:42饱和塔液位开始上涨,21:32饱和塔液位达到56%,停止补水,自调阀关闭,21:40开热水循环泵5 min21:55中变炉开始通蒸汽提温(低变炉前放空)。62206:40接半水煤气开车,饱和塔放空,低变炉前放空,13:35变脱塔后放空,19:43双机加满负荷生产,21:40净化气微量合格送氨合成系统;23:00发现甲醇合成塔填料泄漏。62310:55安排停车处理。变换系统停车后发现,水加热器管间导淋有水排出,怀疑开车过程中水加热器出现了泄漏,于是在管间导淋水排净后,从水加热器热水入口管补热水检验水加热器是否泄漏,补水后水加热器管间导淋有大量水排出,基本确认水加热器出现了泄漏,随即对水加热器列管进行堵漏:第一次堵管54根,充氮气试压至0.4 MPa不漏,回装封头后再从水加热器热水入口管补热水,排水加热器管间导淋时又有水排出,判断水加热器仍有列管泄漏;再次进行堵漏处理,先后两次查漏又发现近300根列管存在泄漏,水加热器泄漏的列管数量已经超过列管总数的1/3,不具备修复价值,即使修复后其换热效果也满足不了生产所需,故当时直接更换为了备用水加热器。

3  水加热器泄漏列管检测情况

更多内容详见《中氮肥》2022年第5

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