氨預(yù)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(chǎn)。隨著服役時間的不斷延長，高壓圈核心設(shè)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(shè)備也存在著諸多問題。

氨預(yù)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(zhì)為10＃鋼（軟鐵），共178根，其換熱面積為50.9m2；設(shè)計管程壓力19.4 MPa、殼程壓力0.4MPa，管板、封頭材質(zhì)為20MnMoⅣ，殼體材質(zhì)為Q345R。氨預(yù)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(yīng)。原氨預(yù)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(yù)熱器；2016年3月進行新氨預(yù)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(yù)熱器多次出現(xiàn)爆管泄漏事故，經(jīng)分析，最終確認是其殼側(cè)蒸汽冷凝液入口防沖板存在嚴重的設(shè)計及安裝缺陷所致。

2 氨預(yù)熱器列管歷次泄漏經(jīng)過及處理

2016年8月13日05∶41，氨預(yù)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(yù)熱器置換合格后，打開設(shè)備上、下封頭，查漏發(fā)現(xiàn)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(dǎo)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(yù)熱器上管板俯視圖

2016年9月1日03∶07，氨預(yù)熱器再次發(fā)生泄漏，安全閥（SV107）啟跳。打開設(shè)備上、下封頭，查漏發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)防沖板設(shè)計及安裝方面存在嚴重缺陷，如圖2所示。經(jīng)商討，我們計劃更換設(shè)備，為了給更換設(shè)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(yù)熱器殼程蒸汽冷凝液管口圖

2016年10月，氨預(yù)熱器殼程蒸汽冷凝液系統(tǒng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)冷凝液電導(dǎo)率升高，經(jīng)排查，確認氨預(yù)熱器再次出現(xiàn)泄漏，但泄漏量微小，我們對氨預(yù)熱器進行監(jiān)護運行。2016年11月借停車機會，打開設(shè)備上、下封頭，查漏發(fā)現(xiàn)第2排列管出現(xiàn)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(yù)熱器又出現(xiàn)泄漏，系統(tǒng)停車查漏發(fā)現(xiàn)，之前未發(fā)生泄漏而堵管的換熱管出現(xiàn)了泄漏，泄漏原因為焊接質(zhì)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(shè)備筒體內(nèi)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(jù)《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(jīng)查閱資料與核對圖紙，發(fā)現(xiàn)原設(shè)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(yīng)，排氣管口位于蒸汽冷凝液進液管口順時針90°方位；而設(shè)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(shè)備制造廠為滿足現(xiàn)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(yīng)換熱管布管弓高方位的原始設(shè)計要求。另外，由于布管尖部方位離設(shè)備筒體內(nèi)壁較近，蒸汽冷凝液進口管處無法安裝符合設(shè)計要求的防沖板，最終出現(xiàn)了如圖2所示的安裝情況。

4 設(shè)備更換

自發(fā)現(xiàn)氨預(yù)熱器蒸汽冷凝液防沖板存在設(shè)計及安裝方面的嚴重缺陷后，我們就開始準備設(shè)備更換工作。經(jīng)過與設(shè)備制造廠溝通，在設(shè)計階段即對管口方位進行了合理調(diào)整：蒸汽冷凝液進液管口位于布管弓高對應(yīng)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(shè)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(yù)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(jīng)驗教訓(xùn)

（1）采購換熱器類設(shè)備時，在設(shè)備設(shè)計聯(lián)絡(luò)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(xiàn)返工或廢料的情況；設(shè)備出廠檢驗時，在做強度、密封試驗前，要對布管方式、對應(yīng)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(xiàn)的問題及時予以解決。

（2）對換熱器類設(shè)備，據(jù)運行工況、介質(zhì)情況，除對設(shè)備嚴格執(zhí)行定期檢驗外，對換熱管（尤其是重點設(shè)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(shè)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(xiàn)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(shè)備安全。