檢漏系統(tǒng)在尿素裝置中的應(yīng)用

謝艷華，劉先軍

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

尿素高壓圈是CO2氣提法生產(chǎn)尿素工藝中的核心工藝，而高壓圈中的高壓設(shè)備是其中的關(guān)鍵設(shè)備，這些高壓設(shè)備一般結(jié)構(gòu)為碳鋼殼體加保護(hù)襯里[1]，襯里材料多采用對甲銨有良好耐腐蝕性能的316LUG、00Cr25Ni22Mo2、鉭、雙相鋼等，如果襯里破損，導(dǎo)致甲銨外漏，高壓設(shè)備的碳鋼殼體會被迅速侵蝕和破壞，從而影響裝置的安全生產(chǎn)和運(yùn)行。所以，為了能夠監(jiān)測高壓設(shè)備襯里的狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)襯里的腐蝕情況，設(shè)計(jì)了檢漏系統(tǒng)。

1 在線檢漏系統(tǒng)的原理

高壓設(shè)備筒節(jié)襯里上典型的檢漏通道見圖1，高壓設(shè)備襯里由襯板焊接而成，因此襯里的焊縫為整個(gè)設(shè)備的最薄弱處，故檢漏通道基本都是沿焊縫設(shè)置在襯里的外表面，每個(gè)襯板的檢漏通道組成的回路稱為一個(gè)檢漏分區(qū)，各檢漏分區(qū)均在設(shè)備外殼上設(shè)置檢漏口(圖中A1、A2、B1、B2)。檢漏系統(tǒng)的基本原理如下：將發(fā)生在襯里焊縫處的泄漏介質(zhì)通過設(shè)置的檢漏通道引出來，連接在檢漏口的檢漏管將檢漏通道內(nèi)的泄漏介質(zhì)引至設(shè)備外分析儀表處，分析儀表檢測到泄漏介質(zhì)即可進(jìn)行顯示、報(bào)警等，從而實(shí)現(xiàn)對高壓設(shè)備襯里的狀態(tài)監(jiān)測。根據(jù)這個(gè)基本原理，在線檢漏系統(tǒng)基本分為兩大類。

圖1 典型的檢漏通道

1.1 直接法[3]

檢漏通道內(nèi)不通任何介質(zhì)，處于自然狀態(tài)，當(dāng)襯里發(fā)生泄漏時(shí)，首先漏出來的是氨氣(氨基甲酸氨滲漏出來，降壓分解為碳酸氫銨和氨氣)，氨氣是滲透很強(qiáng)的介質(zhì)，會經(jīng)阻力最小的檢漏通道從檢漏管排出，再通過檢測手段提示操作工，如將檢漏口排氣通入苯酚試劑讓其變色、在檢漏口設(shè)置分析儀表等。

1.2 間接法[3]

采用惰性氣體(如氮?dú)饣蛘羝?通入檢漏通道上端檢漏口(圖中A1、A2)，氣體進(jìn)入檢漏通道并從下端檢漏口(圖中B1、B2)排出，從而使氣體在檢漏通道內(nèi)形成循環(huán)回路，如果襯里有泄漏，泄漏物(氨、碳酸氫銨)也隨氣體排出，再通過分析儀表實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測。

目前，大部分尿素裝置中的檢漏系統(tǒng)均采用間接法進(jìn)行檢測。

2 間接法在線檢漏系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 間接法在線檢漏系統(tǒng)的循環(huán)氣體選擇

傳統(tǒng)檢漏系統(tǒng)的循環(huán)氣體一般采用蒸汽，但隨著工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)和對高壓設(shè)備安全性認(rèn)識的不斷提高，人們普遍認(rèn)為采用蒸汽檢漏有風(fēng)險(xiǎn)：①易攜帶腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入設(shè)備(如Cl-1、硫化物等)，對不銹鋼襯里帶來應(yīng)力腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；②蒸汽冷凝液可能與泄漏介質(zhì)生成氨水、碳酸等腐蝕性介質(zhì)，造成對塔體的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

所以采用蒸汽對蒸汽的品質(zhì)要求非常高，現(xiàn)階段大部分工廠采用氮?dú)庾鳛闄z漏系統(tǒng)循環(huán)氣體。

2.2 用氮?dú)庾鳛檠h(huán)氣體的在線檢漏系統(tǒng)

2.2.1基本原理及構(gòu)成

某海外項(xiàng)目尿素裝置在線檢漏系統(tǒng)典型流程見圖2，檢漏系統(tǒng)所用的循環(huán)氣體是氮?dú)?，高壓合成圈?nèi)每臺核心設(shè)備設(shè)置了一套檢漏系統(tǒng)。該檢漏系統(tǒng)包括檢漏口、檢漏管、在線分析儀、檢漏回路控制裝置及水封裝置。對于高壓設(shè)備塔體的每一檢漏分區(qū)，分別設(shè)有兩根檢漏管，并經(jīng)由該檢漏分區(qū)的檢漏通道構(gòu)成檢漏回路，一根連接至檢漏通道的上部(圖中A1、A2口)并通入氮?dú)?，另一根連接至檢漏通道的下部(圖中B1、B2口)，并將氮?dú)庖鲋练治鰞x，一旦襯里有輕微腐蝕造成介質(zhì)泄漏，氨會經(jīng)由檢漏回路中持續(xù)循環(huán)的氮?dú)庖霾⒃诜治鰞x上得到檢測，該分析儀會送出4～20mA信號至中心控制室，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值發(fā)出報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)進(jìn)行處理，避免更大范圍的腐蝕和破壞。

圖2 在線檢漏系統(tǒng)典型流程

檢漏系統(tǒng)的氮?dú)饬髁恳鶕?jù)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、檢漏通道大小和氣體分析儀要求來設(shè)置。由于塔體的高度不同，各個(gè)檢漏分區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢漏管的長度、方向、布置等都不完全一致，因此每一個(gè)氮?dú)庋h(huán)回路還需配置流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥來加以控制。為防止氮?dú)獬瑝簩σr里造成破壞，該檢漏系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)水封裝置，水封的高度根據(jù)襯里的反向承壓能力考慮，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對氮?dú)鈮毫Φ恼{(diào)節(jié)，并防止襯里反向超壓。

2.2.2如何確定泄漏位置

(1)在線檢測狀態(tài)，所有流出檢漏分區(qū)的檢漏氮?dú)鈪R集于一條主管并送入氣體分析儀，一旦有襯里發(fā)生泄漏，分析儀即可實(shí)現(xiàn)分析檢測并及時(shí)報(bào)警。

(2)泄漏位置確定，當(dāng)控制室監(jiān)視到氣體分析儀報(bào)警信號時(shí)，操作工可通過在現(xiàn)場分析柜上逐個(gè)關(guān)閉氮?dú)鈾z測回路的切斷閥(循環(huán)氣出口管線上的切斷閥)的方式，來確定泄漏發(fā)生在哪個(gè)回路，再根據(jù)該回路連接的檢漏分區(qū)位置確定泄漏可能發(fā)生的區(qū)域。

2.2.3在線檢漏系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

(1)檢測靈敏度高。當(dāng)襯里有泄漏發(fā)生時(shí)，進(jìn)入檢漏通道的氮?dú)饪杉皶r(shí)把泄漏介質(zhì)引出，并經(jīng)分析儀自動檢測其泄漏的關(guān)鍵成分——氨的含量，檢測泄漏介質(zhì)反應(yīng)時(shí)間短，可及早發(fā)現(xiàn)泄漏情況，同時(shí)也能實(shí)施在線連續(xù)監(jiān)測。

(2)分析安全可靠。采用氮?dú)鈾z漏，一定流量和流速的氮?dú)庠跈z漏通道中的流動可避免檢漏通道堵塞，大大提高了檢漏的可靠性。

(3)泄漏位置易于識別。泄漏發(fā)生后，操作工可通過逐個(gè)關(guān)閉氮?dú)鈾z測回路的根部閥來迅速確定泄漏區(qū)域和位置。

3 在線檢漏系統(tǒng)的安裝及投用注意事項(xiàng)

3.1 安裝注意事項(xiàng)

(1)為防止因介質(zhì)凝固或介質(zhì)氣化的吸熱反應(yīng)造成管路結(jié)冰，進(jìn)而導(dǎo)致檢漏管堵塞，應(yīng)保證檢漏管布置在設(shè)備保溫層下。

(2)為方便維護(hù)，檢漏引出口處保溫層應(yīng)設(shè)計(jì)成可方便拆除型(見圖3)。檢漏口處保溫層獨(dú)立于筒體保溫層且留有適當(dāng)縫隙，保溫層外鋁皮采用螺栓固定，維護(hù)時(shí)只需要將保溫層外鋁皮拆除，即可將保溫層整塊取下來。

圖3 方便拆除型保溫層

(3)所有檢漏管在布置時(shí)，應(yīng)考慮為相對檢漏口向下坡度，并避免袋形，每一個(gè)檢漏回路保證循環(huán)氣為上進(jìn)下出。

(4)檢漏管材料不允許采用銅及銅合金，建議采用外徑6mm的不銹鋼盤管。

(5)為降低投資，可選擇多個(gè)檢漏分區(qū)串聯(lián)組成一個(gè)回路，為保證響應(yīng)時(shí)間及泄漏點(diǎn)的迅速定位，建議檢漏分區(qū)串聯(lián)數(shù)量不超過2個(gè)。

(6)為保證響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)確保檢漏分析機(jī)柜盡量靠近對應(yīng)設(shè)備，標(biāo)高低于最低檢漏口，同時(shí)機(jī)柜的前后左右留足檢修和操作維護(hù)空間。

3.2 投用注意事項(xiàng)

(1)在線檢漏系統(tǒng)投用前，為保證將設(shè)備制造過程中殘留在檢漏通道內(nèi)的水、固體顆粒物等清除干凈，應(yīng)首先對檢漏通道及檢漏管進(jìn)行吹掃。

(2)設(shè)備襯里的反向承壓能力(一般為4.91kPa)有限，因此檢漏系統(tǒng)吹掃應(yīng)在設(shè)備水壓試驗(yàn)階段進(jìn)行，以便于調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)氣體壓力，避免襯里反向承壓超限。

(3)吹掃前應(yīng)斷開循環(huán)氣返回口至分析儀的管線，為便于操作，可在分析機(jī)柜外切斷閥處斷開管路，將管路直接對空排放。

(4)吹掃時(shí)間一般為24h，當(dāng)管路斷開處排放氣體中無水氣時(shí)，即可認(rèn)為吹掃合格，此時(shí)將斷開的管路重新連接上即可。

(5)投用前應(yīng)用標(biāo)定氣對分析儀進(jìn)行標(biāo)定。

4 在線檢漏系統(tǒng)的發(fā)展展望

隨著人們對工廠安全性的認(rèn)識和對自動化程度要求的提高，未來可借助計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對泄漏位置的自動判斷，替代人工判斷過程，由此來實(shí)現(xiàn)更快速的泄漏點(diǎn)定位。

5 結(jié)語

檢漏系統(tǒng)是尿素裝置中實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備泄漏檢測的重要手段，能夠通過對襯里焊縫處的泄漏檢測實(shí)現(xiàn)泄漏預(yù)警，提醒人們將嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕扼殺在萌芽狀態(tài)，為尿素裝置的長期、穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供保障。