在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

翟建偉，王朝亮，付榮申

(1.海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600；2.中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

海洋石油富島有限公司(以下簡(jiǎn)稱富島公司)二期2 700t/d尿素裝置已運(yùn)行18年，尿素高壓設(shè)備進(jìn)入壽命后期。2017年大修檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，尿素合成塔內(nèi)部襯里出現(xiàn)局部腐蝕缺陷，日常維護(hù)檢查，需要提高設(shè)備檢漏排查的及時(shí)性、有效性和可靠性。原檢漏方法非在線而且不能連續(xù)監(jiān)控，間隔取樣時(shí)間長(zhǎng)、誤差大。2020年7月，改造為中國(guó)五環(huán)工程有限公司專利設(shè)備“在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)”，調(diào)試合格投用。高壓設(shè)備在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，提供高壓圈設(shè)備在線泄漏監(jiān)測(cè)的一體化解決方案，能夠把由于設(shè)備泄漏造成的安全事故的概率降到最低，符合國(guó)家對(duì)尿素高壓設(shè)備日常維護(hù)和安全管理的要求。

1 尿素裝置高壓設(shè)備檢漏概述

1.1 尿素裝置高壓設(shè)備檢漏的必要性

尿素生產(chǎn)裝置高壓系統(tǒng)主要包括尿素合成塔、汽提塔、高壓甲銨冷凝器、高壓洗滌器等4臺(tái)設(shè)備[1，2]。在正常生產(chǎn)中，高壓設(shè)備都處在高溫、高壓和強(qiáng)腐蝕工作環(huán)境之中，其運(yùn)行狀況對(duì)尿素裝置的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，所以生產(chǎn)中有必要對(duì)4臺(tái)高壓設(shè)備本身的性能狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于尿素高壓設(shè)備工作條件惡劣，加之平時(shí)生產(chǎn)中難免出現(xiàn)超溫、超壓，氨碳比、水碳比、防腐氧含量等物料輕微失調(diào)，以及檢修中留下的缺陷，這些都會(huì)造成設(shè)備襯里的腐蝕加劇，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生泄漏。當(dāng)設(shè)備發(fā)生泄漏時(shí)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，則泄漏會(huì)不斷擴(kuò)大。泄漏的介質(zhì)還會(huì)將設(shè)備外殼的碳鋼層腐蝕穿透，甚至產(chǎn)生爆裂現(xiàn)象，以至造成惡性的安全、環(huán)保事故。所以檢漏系統(tǒng)的作用就是當(dāng)高壓設(shè)備的襯里發(fā)生泄漏時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并立即停車，排放后進(jìn)行維修，防止泄漏不斷擴(kuò)大，確保不會(huì)由于泄漏而發(fā)生安全事故。

1.2 尿素裝置高壓設(shè)備檢漏原理

高壓設(shè)備筒節(jié)襯里上典型的檢漏通道[3，4]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1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(guò)設(shè)置的檢漏通道引出來(lái)，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(cè)到泄漏介質(zhì)即可進(jìn)行顯示、報(bào)警等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓設(shè)備襯里的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

圖1 高壓設(shè)備襯里檢漏通道

1.3 高壓設(shè)備檢漏介質(zhì)的選擇

傳統(tǒng)檢漏系統(tǒng)的循環(huán)氣體一般采用蒸汽，缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：①蒸汽系統(tǒng)為調(diào)節(jié)冷凝液pH值加入一定的氨水，影響分析結(jié)果；②易攜帶腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入設(shè)備(如氯離子、硫化物等)，對(duì)不銹鋼襯里帶來(lái)應(yīng)力腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；③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)，造成塔體的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；④蒸汽壓力高，停車過(guò)程因操作失誤而損壞設(shè)備襯里。

綜上原因，傳統(tǒng)檢漏蒸汽作為介質(zhì)有風(fēng)險(xiǎn)。隨著工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)和對(duì)高壓設(shè)備安全性認(rèn)識(shí)的不斷提高，氮?dú)庾鳛闄z漏介質(zhì)從經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和腐蝕角度考慮，已被普遍接收使用[5，6]。

2 尿素高壓設(shè)備原檢漏方法及存在問(wèn)題

2.1 高壓設(shè)備原檢漏方法

高壓池式冷凝器303C和合成塔301D采用全人工操作檢漏，該檢測(cè)系統(tǒng)從公用站引用氮?dú)?，氮?dú)庥煽偣芊植嫉街Ч苓M(jìn)入設(shè)備的各檢測(cè)點(diǎn)，氮?dú)饪偣苌嫌姓{(diào)節(jié)閥和壓力表，用來(lái)調(diào)節(jié)氮?dú)獾膲毫?，從各檢測(cè)點(diǎn)出來(lái)的氮?dú)庵Ч軈R總到一個(gè)檢漏槽中(見圖2)，檢漏槽中的水為蒸汽冷凝液，液位淹沒(méi)支管的出氣口，各支管上有表示檢測(cè)位置的編號(hào)。

操作方法如下：先將檢漏槽的水進(jìn)行更換，通入氮?dú)?，調(diào)整氮?dú)饪偣艿膲毫υ?0kPa，氮?dú)馔ㄟ^(guò)支管通向襯里各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，再返回至水槽中(見圖3)，檢測(cè)過(guò)程中，要確認(rèn)各個(gè)支管冒泡均勻且連續(xù)，持續(xù)3～5min后，取水槽的水樣送檢，分析氨含量，根據(jù)氨含量判斷設(shè)備泄漏情況。

圖3 檢漏管編號(hào)

2.2 原檢漏方法缺點(diǎn)

2.2.1 檢漏介質(zhì)壓力無(wú)法監(jiān)控

國(guó)內(nèi)出現(xiàn)很多尿素高壓設(shè)備襯里因檢漏過(guò)程介質(zhì)壓力控制不當(dāng)，造成設(shè)備內(nèi)部襯里損壞、變形的案例。人工手動(dòng)檢漏過(guò)程，需要嚴(yán)格控制檢漏介質(zhì)壓力不高于50kPa，在未改造在線氨檢漏系統(tǒng)前，人工檢漏沒(méi)有在線儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控，異常壓力會(huì)損害設(shè)備襯里。

2.2.2 不能連續(xù)監(jiān)測(cè)

原高壓池式冷凝器采用直接檢測(cè)法，每周二對(duì)檢漏槽中的冷凝液進(jìn)行分析。如果只依靠分析數(shù)據(jù)判斷襯里完好性，不能滿足對(duì)襯里泄漏發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性。其他時(shí)間只能依靠巡檢過(guò)程中的目視檢查，但包括泄漏的甲銨液將檢漏管堵塞等現(xiàn)象，并不能從外觀目視判斷，存在檢測(cè)盲區(qū)。

2.2.3 分析偏差大

合成裝置蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH值加入的氨水量，影響蒸汽冷凝液中的游離氨含量，會(huì)造成分析偏差。由于檢漏槽為敞開式容器，蒸汽冷凝液隨時(shí)間及溫度變化，氨從冷凝液中析出，導(dǎo)致分析檢測(cè)效果不準(zhǔn)確。外部氨進(jìn)入檢漏槽，使蒸汽冷凝液中氨含量變化，導(dǎo)致分析檢測(cè)效果偏差。

2.2.4 檢漏介質(zhì)分布不均

人工手動(dòng)檢漏，襯里進(jìn)氣口集成在一條總管上，因設(shè)備檢漏位置及檢漏管長(zhǎng)短不同，檢漏介質(zhì)在設(shè)備內(nèi)的阻力也不同。相同檢漏壓力下，會(huì)出現(xiàn)有的檢漏管出氣、有的沒(méi)有出氣的現(xiàn)象。介質(zhì)壓力高出氣量大，檢漏槽內(nèi)鼓泡大，影響對(duì)其他檢測(cè)管的檢查判斷。設(shè)備上單個(gè)檢漏管就沒(méi)有辦法檢漏。

3 在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)流程介紹

從公用站引入的氮?dú)?，?jīng)過(guò)濾減壓后送至檢測(cè)系統(tǒng)總管，總管上安裝有彈簧管壓力表和U型管壓力表，總管上還有一根管深入呼吸水槽中，通過(guò)水槽的液位產(chǎn)生的靜壓保證總管內(nèi)氮?dú)獾膲毫Γ鄣乃疄檠h(huán)冷卻水，氮?dú)饪偣芊殖鋈舾芍Ч芡ㄏ蚋鱾€(gè)檢測(cè)點(diǎn)，各支管上有轉(zhuǎn)子流量計(jì)，正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)浮子的位置來(lái)控制進(jìn)入各檢測(cè)點(diǎn)的流量，各檢測(cè)點(diǎn)返回的氮?dú)庠俅螀R集到總管中，因?yàn)榈獨(dú)饬魍ㄟ^(guò)程中吸收熱量，溫度較高，返回總管上設(shè)置有換熱器，經(jīng)過(guò)降溫后進(jìn)入氨檢測(cè)儀表，檢測(cè)氮?dú)庵械陌焙?，檢測(cè)后的氣體排入大氣中，高壓設(shè)備在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)在中控室設(shè)有報(bào)警裝置，當(dāng)?shù)獨(dú)庵邪焙窟_(dá)到一定數(shù)值后觸動(dòng)報(bào)警器。在檢測(cè)器前設(shè)有標(biāo)定氣入口，用來(lái)校驗(yàn)氨檢測(cè)儀表。高壓設(shè)備在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)流程見圖4。

圖4 高壓設(shè)備在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)流程

3.2 在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的投用方法

高壓檢測(cè)系統(tǒng)投用前，先投用換熱器循環(huán)水、呼吸水槽，根據(jù)氮?dú)饪刂茐毫铀劣兴绯?。第一次使用時(shí)，在不投用氨檢測(cè)表的情況下，用氮?dú)庵脫Q管路及設(shè)備夾層2h，把系統(tǒng)內(nèi)部的空氣全部置換。系統(tǒng)置換完成后，氮?dú)鈮毫φ{(diào)整到2kPa左右，最大不超過(guò)5kPa，各支管氮?dú)饬髁吭O(shè)定為60～70mL/min，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的浮子在中間位置，確定系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)異常后，投用氨檢測(cè)儀。

3.3 在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的日常維護(hù)

工藝人員巡檢維護(hù)，檢查氮?dú)饪偣艿膲毫κ欠裨?kPa，各支管流量計(jì)的流量正常，確認(rèn)檢漏氮總管壓力表指示和壓差計(jì)指示相同。定時(shí)往液封水槽中補(bǔ)水，至溢流口有水溢出，保證水位正常。

3.4 在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

與原手動(dòng)檢漏操作相比，在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：檢測(cè)靈敏度高，當(dāng)塔體襯里有泄漏發(fā)生時(shí)，進(jìn)入筒節(jié)盲層板內(nèi)檢漏通道的循環(huán)媒介可及時(shí)把泄漏介質(zhì)引出筒節(jié)，氨檢漏系統(tǒng)會(huì)立即分析氨含量并發(fā)出報(bào)警。遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，檢測(cè)數(shù)值以電信號(hào)送入DCS控制系統(tǒng)，能隨時(shí)監(jiān)控氨檢漏分析儀的數(shù)據(jù)變化情況。性能安全可靠，該系統(tǒng)為全封閉系統(tǒng)，不受外界的影響，檢漏氮?dú)鈮毫θ胤雷o(hù)控制，自動(dòng)排放泄壓。泄漏后方便查找，對(duì)檢漏管進(jìn)行分組檢漏，按組切除系統(tǒng)排查，提高效率。

3.5 在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果

2020年6月，富島公司用一周時(shí)間將設(shè)備全部安裝、調(diào)試完成。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)潔。在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)投用近一年來(lái)，運(yùn)行效果良好，通過(guò)與取樣分析數(shù)據(jù)作對(duì)比，系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)精度更高，同時(shí)該系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)生成歷史趨勢(shì)，減少?gòu)?fù)雜的人員操作，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性，符合企業(yè)安全意識(shí)日益提升的要求。

在線氨泄漏檢測(cè)系統(tǒng)只分析檢漏氮?dú)庵邪焙?，如果檢測(cè)儀表故障失靈，缺少備用對(duì)比手段。目前，富島公司每3個(gè)月用濃度為150×10-6標(biāo)定氨氣，校正1次檢測(cè)儀；每周增加1次檢漏氮?dú)庵邪焙渴謩?dòng)分析；崗位人員巡檢過(guò)程中，使用便攜式氨測(cè)量?jī)x檢查確認(rèn)。

4 結(jié)語(yǔ)

尿素高壓設(shè)備襯里腐蝕一直是尿素工藝發(fā)展瓶頸，除生產(chǎn)中控制運(yùn)行環(huán)境、減緩襯里腐蝕外，更應(yīng)該采用先進(jìn)的手段對(duì)設(shè)備襯里進(jìn)行監(jiān)控預(yù)防。高壓設(shè)備在線氨泄漏檢漏系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)合理、工藝操作方便、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)安全性高、檢測(cè)可靠性好，投入運(yùn)行一年穩(wěn)定可靠。本項(xiàng)目采用的國(guó)產(chǎn)化新技術(shù)、新工藝為用戶節(jié)約投資百萬(wàn)元。