中變廢鍋泄漏的排查及處理

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(貴州開陽化工有限公司，貴州 貴陽 550300)

我公司一期年產(chǎn)500 kt/a合成氨項目，采用多項先進技術(shù)，如進口法液空6×104m3/h氧氣空分成套裝置，技術(shù)先進的干粉煤加壓氣化。產(chǎn)出的水煤氣進變換裝置進行耐硫變換，變換氣中的酸性氣體脫除采用大連理工大學(xué)的低溫甲醇洗(脫硫脫碳)、液氮洗技術(shù)；氨合成采用瑞士卡薩利15.0 MPa低壓氨合成工藝技術(shù)，硫回收采用荷蘭荷豐的超級克勞斯硫回收工藝，冷凍站采用氨壓縮制冷，為低溫甲醇洗裝置和氨合成裝置提供冷量。

項目自2013年1月21日打通流程，生產(chǎn)出產(chǎn)品以來，已運行近一年的時間。近期脫鹽水站在運行過程中，發(fā)現(xiàn)冷凝液電導(dǎo)率出現(xiàn)異常波動，經(jīng)排查確認(rèn)為中變廢鍋泄漏，立即進行相應(yīng)處理，并在隨后的停車檢修中消除了漏點，現(xiàn)將整個過程介紹如下。

1 發(fā)現(xiàn)泄漏

2013年12月28日，水系統(tǒng)脫鹽水站發(fā)現(xiàn)脫鹽水指標(biāo)異常，尤其是電導(dǎo)率異常升高，在線分析值由0.08 μS/cm升高到超量程。于是對水系統(tǒng)進行原因排查，要求中央化驗室取樣手動分析，結(jié)果電導(dǎo)率達到0.705 μS/cm。正常情況下，脫鹽水的電導(dǎo)率指標(biāo)要求控制在不超過0.2 μS/cm。進一步排查發(fā)現(xiàn)，外管網(wǎng)來脫鹽水站冷凝液排放時有硫化氫味，而且電導(dǎo)率異常升高。于是判斷外管網(wǎng)來冷凝液中竄入硫化氫，硫化氫使混床失效而造成脫鹽水電導(dǎo)率升高。

2 泄漏設(shè)備分析判斷

我公司脫鹽水的來源，主要為兩部分。

一是一次水經(jīng)過多介質(zhì)過濾器除去水中顆粒、懸浮物、膠體，再通過5 μm保安過濾器過濾后，經(jīng)泵提壓送入反滲透裝置除鹽，再經(jīng)除碳器除碳后由泵加壓送入混床進一步處理，得到合格脫鹽水。

二是全廠回收的冷凝液至水系統(tǒng)脫鹽水站后經(jīng)過降溫、過濾、二級除鹽、調(diào)pH值至8.8～9.3，提壓后送至生產(chǎn)用戶使用。

全廠冷凝液來源主要是汽輪機表冷器和精餾塔再沸器蒸汽冷凝液，汽輪機表冷器并不與硫化氫接觸，而全廠精餾塔再沸器中介質(zhì)也不含硫化氫，首先排除這些設(shè)備泄漏的可能，同時也說明只有產(chǎn)的蒸汽中夾帶有硫化氫氣體，熱電鍋爐產(chǎn)的蒸汽中是不可能有硫化氫的，所以只有回收熱量副產(chǎn)蒸汽的廢熱鍋爐工藝氣泄漏才有可能導(dǎo)致蒸汽中含硫化氫。

經(jīng)過仔細篩選排查，查出全廠共有5臺與含硫化氫介質(zhì)換熱的廢熱鍋爐，分別是變換系統(tǒng)中變廢鍋E2002、低變廢鍋E2003、水煤氣廢鍋E2010及硫回收系統(tǒng)酸性氣廢鍋E6001、尾氣廢鍋E6013。這幾臺設(shè)備的詳細參數(shù)如表1。

表1 廢鍋介質(zhì)及參數(shù)

由表中各換熱器參數(shù)可以看出，E6001、E6013管程酸性氣體壓力小于殼程蒸汽壓力，酸性氣體不可能漏入蒸汽管網(wǎng)，而E2002、E2003、E2010三臺廢熱鍋爐管程變換氣壓力大于殼程蒸汽壓力，所以可能是這幾臺廢熱鍋爐出現(xiàn)泄漏。于是立即將這幾臺廢熱鍋爐作為重點分析對象，主要方法如下。

(1)控制室仔細監(jiān)控這幾臺廢熱鍋爐工藝指標(biāo)運行情況，看廢熱鍋爐的壓力是否升高，液位是否降低。如有異常及時匯報，同時組織人員進行現(xiàn)場排查。

(2)聯(lián)系中央化驗室對這幾臺廢熱鍋爐爐水中的硫化氫含量進行分析，結(jié)果E2002中含硫化氫6.47 mg/L，E2003、E2010兩設(shè)備未檢出硫化氫。

(3)對E2002中變廢鍋、E2003低變廢鍋、E2010水煤氣廢鍋副產(chǎn)蒸汽取樣分析，因為泄漏的氣體除極少量的溶解在爐水中，其余大部分會進入蒸汽中。在對三臺廢鍋蒸汽取樣的過程中，發(fā)現(xiàn)E2002中變廢鍋的取樣冷卻器取樣口有不凝性氣體噴出，而且?guī)в谐綦u蛋味，用硫化氫報警儀靠近取樣口，發(fā)現(xiàn)硫化氫已超過報警儀上限，而E2003、E2010的取樣冷卻器僅有冷凝水流出，且無色無味。分析三臺廢鍋蒸汽冷凝液電導(dǎo)率，分別為E2002 165 μS/cm，E2003 11 μS/cm，E2010 16 μS/cm。綜合以上情況，最終判斷為E2002泄漏。

3 發(fā)現(xiàn)泄漏后的處置情況

中變廢鍋副產(chǎn)1.0 MPa飽和蒸汽，并入管網(wǎng)。1.0 MPa蒸汽用戶主要有熱電高壓除氧器、低溫甲醇洗甲醇水分離塔再沸器、空分壓縮機汽輪機軸封汽、氨壓縮機抽引蒸汽、汽化氮氣加熱器等，遍布全廠。其產(chǎn)生的蒸汽冷凝液進入除氧器，然后通過鍋爐給水泵進入全廠廢鍋。

因此，中變廢鍋泄漏會造成全局性的蒸汽和冷凝液污染。

為維持生產(chǎn)，完成全年生產(chǎn)目標(biāo)，經(jīng)研究，決定系統(tǒng)維持運行，將中變廢鍋部分離線運行，副產(chǎn)蒸汽放空，變換氣、鍋爐給水繼續(xù)通入E2002中變廢鍋的管、殼程，以保證變換氣的正常降溫及防止含酸性氣蒸汽污染整個管網(wǎng)。

4 中變廢鍋拆檢情況

2014年1月2日，生產(chǎn)系統(tǒng)停車檢修，E2002為重點檢修項目。拆開人孔后，工藝人員對廢鍋殼用裝置空氣試漏，發(fā)現(xiàn)有1根U型管泄漏、管板處焊接有漏點，具體情況如圖1所示，證實確系E2002泄漏。

圖1 E2002列管試漏示意

5 泄漏原因分析

E2002中變廢鍋于2012年11月投入運行，至今已運行13個月，運行狀態(tài)一直較穩(wěn)定，從未出現(xiàn)過異常，對于此次泄漏，分析原因如下。

(1)2013年12月27日晚23：45，由于鍋爐給水泵P2004出現(xiàn)故障，不能及時開啟，鍋爐給水中斷，導(dǎo)致廢熱鍋爐出口變換氣溫度由207 ℃升高至291 ℃，廢鍋液位由正常值65%下降至19%運行。由于液位過低，大部分換熱管暴露在氣相，沒有浸沒在水中，導(dǎo)致液面以上換熱管膨脹，管端與管板焊縫由于應(yīng)力而造成大面積泄漏。當(dāng)鍋爐給水泵P2004開啟后，操作人員瞬間加大進水量，造成廢熱鍋爐的列管受熱不均勻及溫差應(yīng)力過大，引起進一步的應(yīng)力裂紋。

(2)鍋爐給水水質(zhì)問題。運行初期對廢熱鍋爐爐水并沒有定期分析，定期加藥，導(dǎo)致鍋爐爐水指標(biāo)不合格，鍋爐排污口水呈紅色。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)鍋爐爐水呈酸性，且雜質(zhì)多、硬度高，對廢鍋造成一定腐蝕。經(jīng)最近一段時間的處理，鍋爐爐水指標(biāo)已合格。

(3)前期生產(chǎn)系統(tǒng)不穩(wěn)定，開、停車較為頻繁，負荷波動較大，對設(shè)備管束的沖擊次數(shù)多，為中變廢鍋泄漏埋下隱患。

(4)設(shè)備制造原因。中變廢熱鍋爐管板與換熱管處焊接也存在問題，管端沒有按要求高出管板1～2 mm，有些管子甚至內(nèi)陷，低于管板，造成管子與管板焊接不牢固。

6 泄漏造成的危害

(1)大量變換合成氣泄漏進入蒸汽管網(wǎng)。由于變換氣中含有CO、H2、H2S、CO2、COS，造成蒸汽冷凝液中電解質(zhì)含量升高，腐蝕設(shè)備。

(2)不凝氣進入蒸汽管網(wǎng)后，會嚴(yán)重影響換熱效果，影響系統(tǒng)正常運行。

(3)造成蒸汽冷凝液電導(dǎo)率升高，使混床樹脂失活。若不及時處理可能會造成脫鹽水電導(dǎo)率升高，危及鍋爐的安全穩(wěn)定運行。

7 采取的措施

7.1 加強對廢熱鍋爐運行的管理

7.2 制定廢熱鍋爐泄漏的安全應(yīng)急處理措施

若發(fā)現(xiàn)廢熱鍋爐泄漏，應(yīng)及時向調(diào)度和界區(qū)領(lǐng)導(dǎo)匯報，并將副產(chǎn)蒸汽排放，不并入蒸汽管網(wǎng)，防止含工藝氣的蒸汽進入管網(wǎng)，對其他工藝設(shè)備造成影響。同時，控制室人員加強對廢熱鍋爐的監(jiān)控，并將蒸汽放空閥設(shè)為自動，當(dāng)泄漏量突然增大，壓力升高時，能自動打開放空閥泄壓，保證設(shè)備安全。

由于廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽放空，影響整個蒸汽及冷凝液管網(wǎng)平衡，故在廢熱鍋爐出現(xiàn)泄漏時，熱電車間應(yīng)及時調(diào)節(jié)蒸汽負荷，保證蒸汽管網(wǎng)平衡，水系統(tǒng)增加生產(chǎn)脫鹽水的量，防止因冷凝液減少而影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)。

7.3 加強對生產(chǎn)操作的管理，避免系統(tǒng)波動

由于生產(chǎn)負荷變化大會加重設(shè)備泄漏失效的可能，所以要加強生產(chǎn)操作控制。

首先是盡量避免非計劃停車，減少設(shè)備開停車次數(shù)，減少對管束的沖擊；其次在每次緊急停車及重新開車過程中嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝操作。開車前，要事先對鍋爐水預(yù)熱，防止高溫的合成氣進入，造成過大的溫差應(yīng)力。開、停車時，為了防止壓差過大，蒸汽側(cè)與變換合成氣側(cè)壓力應(yīng)同步降低或升高。

7.4 加強控制室、現(xiàn)場對廢鍋運行指標(biāo)的監(jiān)控

控制室重點監(jiān)控廢鍋蒸汽溫度、流量的變化，并與現(xiàn)場作對比，觀察變化趨勢，并在報表上做好記錄。當(dāng)蒸汽溫度上升，流量下降，廢熱鍋爐出口溫度上升時，要判斷廢鍋液位的準(zhǔn)確性，及時適量加水。當(dāng)出現(xiàn)液位過低時，應(yīng)采取措施先降廢鍋變換氣進出口溫度至指標(biāo)之內(nèi)，然后再緩慢加水，使廢熱鍋爐液位恢復(fù)正常。

7.5 制定廢熱鍋爐干鍋的安全應(yīng)急處理措施

鍋爐干鍋后，出口超溫，此時嚴(yán)禁立即向鍋爐內(nèi)加水，應(yīng)及時向調(diào)度及界區(qū)領(lǐng)導(dǎo)匯報，通過前系統(tǒng)減負荷或前系統(tǒng)切氣，來降低廢熱鍋爐的入口溫度，減少再次進鍋爐給水的溫差。