氨預熱器列管泄漏處理及原因分析

王秀成，高青宇

（陜西渭河煤化工集團有限責任公司，陜西 渭南 714000）

1 概 述

陜西渭河煤化工集團有限責任公司（簡稱渭化）1760t／d尿素裝置，采用日本東洋工程公司的ACES尿素工藝，于1995年建成投產。隨著服役時間的不斷延長，高壓圈核心設備腐蝕嚴重且進入腐蝕加劇期，系統(tǒng)故障率逐年升高，其他設備也存在著諸多問題。

氨預熱器是一臺固定管板式列管換熱器，換熱管規(guī)格為φ16mm×2.8mm，換熱管長度為6000mm，換熱管材質為10＃鋼（軟鐵），共178根，其換熱面積為50.9m2；設計管程壓力19.4 MPa、殼程壓力0.4MPa，管板、封頭材質為20MnMoⅣ，殼體材質為Q345R。氨預熱器位于尿素合成系統(tǒng)，采用蒸汽冷凝液（壓力為0.1 MPa，其狀態(tài)不穩(wěn)定，可能存在氣液混合狀態(tài)）將氨給料泵（GA101A／B）送來的10～40℃（壓力為17.7MPa）液氨加熱到51.1℃，然后送入尿素合成塔（DC101）底部參與合成反應。原氨預熱器由于服役時間較久，換熱管角焊縫泄漏問題頻出，嚴重影響尿素裝置的長周期、穩(wěn)定運行，于2014年6月安裝投用了新氨預熱器；2016年3月進行新氨預熱器的首次檢驗，由于其前期運行狀況良好，并未對其列管進行壁厚與缺陷檢測；但在其后的2016年8月—2017年5月，氨預熱器多次出現爆管泄漏事故，經分析，最終確認是其殼側蒸汽冷凝液入口防沖板存在嚴重的設計及安裝缺陷所致。

2 氨預熱器列管歷次泄漏經過及處理

2016年8月13日05∶41，氨預熱器發(fā)生泄漏，且殼程安全閥（SV107）啟跳。尿素裝置緊急停車檢修，對氨預熱器置換合格后，打開設備上、下封頭，查漏發(fā)現靠近冷凝液進液管口最近的1根換熱管爆管，當時分析爆管原因是換熱管存在未檢出的原始缺陷，投用后溫度、壓力的交變導致缺陷擴大乃至爆管。于是對泄漏換熱管進行了堵管處理，如圖1中的管①。

圖1 氨預熱器上管板俯視圖

2016年9月1日03∶07，氨預熱器再次發(fā)生泄漏，安全閥（SV107）啟跳。打開設備上、下封頭，查漏發(fā)現靠近冷凝液進液管口最近的另1根換熱管爆管，如圖1中的管②。經分析，懷疑蒸汽冷凝液防沖板脫落，于是拆卸冷凝液入口切斷閥（4″、150LB法蘭閘閥），發(fā)現防沖板設計及安裝方面存在嚴重缺陷，如圖2所示。經商討，我們計劃更換設備，為了給更換設備贏得緩沖時間，決定先采取臨時措施，除將泄漏換熱管進行堵管以外，另外再堵管13根（如圖1中圓形標記部分），至此共堵管15根。

圖2 氨預熱器殼程蒸汽冷凝液管口圖

2016年10月，氨預熱器殼程蒸汽冷凝液系統(tǒng)關聯系統(tǒng)冷凝液電導率升高，經排查，確認氨預熱器再次出現泄漏，但泄漏量微小，我們對氨預熱器進行監(jiān)護運行。2016年11月借停車機會，打開設備上、下封頭，查漏發(fā)現第2排列管出現泄漏，再次堵管11根（如圖1中方形標記部分），至此共堵管26根。

2017年4月1日，氨預熱器又出現泄漏，系統(tǒng)停車查漏發(fā)現，之前未發(fā)生泄漏而堵管的換熱管出現了泄漏，泄漏原因為焊接質量問題。

3 原因分析

由圖2可見，蒸汽冷凝液防沖板為管束與筒體裝配完成后加焊安裝。雖然防沖板外表面到設備筒體內壁的距離不小于接管外徑1／4，滿足防沖板四周流通面積不小于進口管流通面積的要求，但防沖板直徑遠小于接管外徑，不滿足大于接管外徑50mm的要求［據《管殼式換熱器》（GB151—1999）］。由此，防沖板不僅失效，反而加劇了蒸汽冷凝液對靠近進液區(qū)換熱管的沖刷作用，造成換熱管逐排沖刷穿透。

經查閱資料與核對圖紙，發(fā)現原設計圖中蒸汽冷凝液進液管口方位與換熱管布管弓高方位對應，排氣管口位于蒸汽冷凝液進液管口順時針90°方位；而設備制造廠的管板供貨商提供圖樣中已將排液、排氣孔加工完成，方位位于布管弓高方位，設備制造廠為滿足現場原管口方位安裝條件，未與我方溝通，制造時違背了冷凝液進液管口方位對應換熱管布管弓高方位的原始設計要求。另外，由于布管尖部方位離設備筒體內壁較近，蒸汽冷凝液進口管處無法安裝符合設計要求的防沖板，最終出現了如圖2所示的安裝情況。

4 設備更換

自發(fā)現氨預熱器蒸汽冷凝液防沖板存在設計及安裝方面的嚴重缺陷后，我們就開始準備設備更換工作。經過與設備制造廠溝通，在設計階段即對管口方位進行了合理調整：蒸汽冷凝液進液管口位于布管弓高對應方位，殼程排氣管口位于蒸汽冷凝液管口180°方位上方，蒸汽冷凝液出液管口位于蒸汽冷凝液管口180°方位下方，殼程排液管口位于蒸汽冷凝液管口下方。新設備安裝時，其殼程以蒸汽冷凝液進、出口管口方位為基準，對排液、排氣管線重新進行了配管。2017年5月，利用尿素裝置中修停車機會，我們對氨預熱器進行了整體更換，蒸汽冷凝液防沖板得以合理安裝，防沖板起到有效防沖的作用，避免了換熱管沖刷泄漏事故的再次發(fā)生。

5 經驗教訓

（1）采購換熱器類設備時，在設備設計聯絡階段要嚴審圖紙，對總圖與零件圖中管口方位、定位尺寸等要進行嚴格比對，以免發(fā)生沖突而出現返工或廢料的情況；設備出廠檢驗時，在做強度、密封試驗前，要對布管方式、對應管口方位、管口定位尺寸等進行確認，以便在制造廠對發(fā)現的問題及時予以解決。

（2）對換熱器類設備，據運行工況、介質情況，除對設備嚴格執(zhí)行定期檢驗外，對換熱管（尤其是重點設備的）也要定期進行渦流檢測，以確認換熱管壁厚與缺陷情況。

（3）對含防沖板的換熱器類設備，要定期檢查防沖板的沖蝕及固定情況，及時焊接、加固及處理其他缺陷，防止出現防沖板脫落、擊穿等狀況，以免發(fā)生換熱管穿透或爆管等更大問題而危及人身與設備安全。