卡薩利氨合成廢熱鍋爐內(nèi)漏工藝處理措施及新型堵漏技術(shù)應(yīng)用

張金輝，郭志強，朱 靜

（貴州開陽化工有限公司，貴州 開陽 550306）

貴州開陽化工有限公司500kt／a合成氨裝置氨合成系統(tǒng)采用瑞士卡薩利公司15.98MPa低壓氨合成工藝，氨合成塔出口第一換熱器（廢熱鍋爐）采用卡薩利公司生產(chǎn)的U形管式換熱器（工藝氣走管程，蒸汽／水走殼程，副產(chǎn)4.0MPa飽和蒸汽），與卡薩利氨合成塔出口采用直角膨脹短節(jié)的方式進行連接。該廢熱鍋爐換熱面積為420.6m2；管程材質(zhì)為2.25Cr0.5Mn，工作壓力15.5MPa，工作溫度448℃；殼程材質(zhì)為16Mn，工作壓力4.1MPa，工作溫度251.8℃。2017年7月，在常規(guī)分析中發(fā)現(xiàn)氨合成廢熱鍋爐出口蒸汽冷凝液電導(dǎo)率、氨氮含量超標(biāo)，且存在不凝氣，水氣比為1∶4（體積比），判斷廢熱鍋爐發(fā)生了內(nèi)漏。于是，車間將該廢熱鍋爐列入檢修計劃，并制定了氨合成塔置換與催化劑保護方案及廢熱鍋爐檢修方案。

1 卡薩利氨合成系統(tǒng)停車后的置換與降溫

氨合成廢熱鍋爐帶病維持運行3個月后，2017年10月系統(tǒng)停車對其進行檢修。為節(jié)約檢修時間，減少氮氣用量，確保系統(tǒng)置換徹底，進一步提高氨合成催化劑的保護水平與作業(yè)人員的安全，此次停車檢修采用卡薩利氨合成系統(tǒng)與合成氣壓縮機聯(lián)動置換與降溫的方式（如圖1）。

1.1 合成氣壓縮機轉(zhuǎn)為內(nèi)循環(huán)狀態(tài)

系統(tǒng)按計劃停車，合成氣壓縮機切氣，一段入口閥（SDV7150）、循環(huán)段入口閥（SDV7152）、三段出口閥（SDV7153）按程序自動關(guān)閉，其一段入口壓力按程序降至2.2MPa，防喘振閥（二回一防喘振FV7180與三回三防喘振FV7181）、氮氣副線閥（SDV7151）全開，壓縮機轉(zhuǎn)速降至7144r／min運行，合成氣壓縮機轉(zhuǎn)為內(nèi)循環(huán)狀態(tài)。

1.2 氨合成塔降壓及氨分離器降液位

氨合成塔此時的壓力在15.2MPa左右，由氨合成塔塔后放空閥（HV7203）進行放空，將系統(tǒng)壓力降至3.6MPa左右，此時高壓氨分離器與中壓氨分離器的壓差在0.1MPa；開高壓氨分離器到中壓氨分離器的自調(diào)閥（LV7211）進行降液位［可以進行竄壓帶液操作，因為中壓氨分離器的正常操作壓力為3.6MPa，此時竄壓帶液操作是安全的］，高壓氨分離器液位排空后，關(guān)閉高壓氨分離器到中壓氨分離器的自調(diào)閥（LV7211），并關(guān)閉手動截止閥；中壓氨分離器也盡量降低液位和壓力，為前系統(tǒng)的安全、有效隔絕提供進一步的保障。

1.3 氨合成系統(tǒng)置換與降溫

確認(rèn)凈化系統(tǒng)與氨合成系統(tǒng)連接的工藝氣大閥關(guān)閉后，開氨合成系統(tǒng)的精配氮氣閥，引氮氣到合成氣壓縮機入口閥前備用，此時合成氣壓縮機以最小轉(zhuǎn)速7144r／min運行。慢慢開合成氣壓縮機一段入口電動閥（SDV7150）旁路引氮氣，直至電動閥前后壓差小于50kPa后，開啟電動閥并緩慢關(guān)閉旁路閥，檢查并確認(rèn)機組各項工藝指標(biāo)正常；隨后開合成氣壓縮機三段出口放空閥（PV7159）對合成氣壓縮機本體進行置換，此時要注意合成氣壓縮機的各項工藝指標(biāo)（如各段出口壓力、溫度及軸振動、位移、轉(zhuǎn)速等）是否在正常指標(biāo)范圍內(nèi)，如果壓力、溫度上漲過快，可開一段入口放空閥（PV7155）降低合成氣壓縮機入口壓力。合成氣壓縮機系統(tǒng)調(diào)節(jié)正常后，各段間出口進行取樣分析，合格（NH3含量、H2含量均為0）后系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，此時合成氣壓縮機三段出口壓力在3.8MPa左右。

圖1 卡薩利氨合成系統(tǒng)與合成氣壓縮機聯(lián)動置換與降溫流程示意圖

打開合成氣壓縮機三段出口閥（SDV7153）旁路閥、循環(huán)段入口閥（SDV7152）旁路閥為氨合成系統(tǒng)與合成氣壓縮機主線電動閥前后均壓，壓差小于50kPa后開合成氣壓縮機三段出口閥（SDV7153）、循環(huán)段入口閥（SDV7152），并慢慢關(guān)閉其旁路閥。

氨合成塔降至常溫，合成氣壓縮機停車并關(guān)閉出口電動閥，關(guān)閉手動截止大閥。氨合成塔及塔后系統(tǒng)通過放空閥（HV7203）進行泄壓操作，壓力降至10kPa時關(guān)閉放空閥，此時中控室監(jiān)控好氨合成塔的壓力和溫度。

1.4 注意事項

（1）在系統(tǒng)降壓的過程中，要保證廢熱鍋爐（E7201）管程的壓力高于殼程的壓力，防止水竄到工藝系統(tǒng)內(nèi)，置換降溫過程中要注意廢熱鍋爐的液位，嚴(yán)禁出現(xiàn)干鍋現(xiàn)象。

（2）通過在線分析儀監(jiān)控氨合成塔進出口H2、NH3含量，當(dāng)H2、NH3含量均小于1%時，進行多點取樣手動分析，手動分析H2、NH3含量均為0時視為置換合格。

（3）氨合成塔催化劑床層溫度≤50℃時，視為降溫合格。

2 氨合成催化劑保護

卡薩利氨合成塔內(nèi)裝填的催化劑為盤錦南方化學(xué)遼河催化劑有限公司生產(chǎn)的鐵系催化劑，若停車檢修時氨合成催化劑接觸到空氣，會發(fā)生強烈的氧化放熱反應(yīng)，導(dǎo)致氨合成催化劑失效。因此，在廢熱鍋爐檢修的整個過程中，要保證氨合成催化劑與空氣完全隔絕，以保護鐵系催化劑。為此，在氨合成塔入口管線導(dǎo)淋處配臨時氮氣管，新配管上增設(shè)閥門以調(diào)節(jié)氮氣用量與氨合成塔壓力；為保證檢修人員的安全作業(yè)與提高氨合成催化劑保護的可靠性，在氨合成塔出口與廢熱鍋爐進口連接處加裝特制工裝。

2.1 廢熱鍋爐隔板及直角膨脹節(jié)拆除

廢熱鍋爐拆檢前，氨合成塔充壓至50kPa左右（觀察氨合成塔入口壓力顯示），拆除廢熱鍋爐隔板。為保證隔板在拆除時不因外界因素而遭到破壞，建議用光刀機進行焊縫切割。

進入管箱后，拆除廢熱鍋爐與氨合成塔之間膨脹節(jié)錐形分布器的兩端法蘭；拆除前，為防止膨脹節(jié)在長時間不受力的情況下發(fā)生變形而導(dǎo)致回裝困難，在膨脹節(jié)的過渡部位加上一圈固定卡件，然后移除膨脹節(jié)錐形分布器。拆除膨脹節(jié)時會有氮氣逸出，此時持續(xù)通少量氮氣，以氨合成塔出口有氮氣逸出為準(zhǔn)，使氨合成塔始終保持微正壓狀態(tài)，防止空氣進入。

2.2 氨合成塔出口加設(shè)工裝

在氨合成塔持續(xù)通入氮氣保持微正壓的狀態(tài)下，作業(yè)人員佩戴長管空氣呼吸器進入廢熱鍋爐內(nèi)安裝提前制作好的工裝：與氨合成塔出口相匹配的盲板，沿盲板周邊嚴(yán)格開設(shè)螺栓孔，注意螺栓孔距及孔徑；盲板中部開孔接短管并增設(shè)一球閥。工裝安裝完成后，關(guān)閉工裝上的球閥，如此氨合成塔被物理隔絕，其后保持氨合成塔處于微正壓狀態(tài)即可，關(guān)閉保護氮氣閥門。

3 廢熱鍋爐檢修

一般常用的列管式換熱器堵漏方式為錐形塞焊接堵漏法，采用這種堵漏方式，焊接時列管因局部受熱而影響鄰近換熱管與管板，焊縫金屬冷卻時收縮易引起管孔變形，而在運行過程中錐形塞會因受熱膨脹將應(yīng)力傳遞到管板中，如此很容易造成新的泄漏。為保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定、長周期運行，防止內(nèi)漏現(xiàn)象的再次發(fā)生，卡薩利氨合成廢熱鍋爐列管堵漏采用新型堵漏方案——桶形堵頭堵漏法。

3.1 廢熱鍋爐加盲板

為實現(xiàn)廢熱鍋爐的安全附件與設(shè)備完全隔離，廢熱鍋爐4.0MPa蒸汽出口、安全閥根部、廢熱鍋爐給水管口、廢熱鍋爐加藥法蘭處均加設(shè)盲板，對其殼程進行安全、有效隔離，并為后期的充壓查漏做準(zhǔn)備。

3.2 廢熱鍋爐查漏

拆除冷氣密封折流板，折流板拆除后列管的進、出口全部暴露在外面。廢熱鍋爐殼程充壓試漏（借助3.8MPa臨時氮氣管）工作中，充壓過程要緩慢，分別在0.5MPa、1.0MPa、2.5 MPa、3.0MPa、4.0MPa這5個階段保壓查漏（借助泡沫清洗劑查漏），標(biāo)記漏點。

3.3 桶形堵頭堵漏

（1）拆除管程內(nèi)的所有內(nèi)件，使用鉆機及銑刀去除套管的支撐（焊縫）并進行管板的修整，然后將原有套管去除。

（2）測量列管的內(nèi)徑，然后加工與列管內(nèi)徑基本相符［長度為190mm、外徑為26.0（－0，2＋0）mm、壁厚（含桶體段、桶底）為3mm］的桶形堵頭（如圖2）；為防止產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，桶形堵頭材質(zhì)為Inconel600，與廢熱鍋爐列管材質(zhì)相同（因需要脹管處理，間隙不宜太大）。滾動360°脹管長度為800mm。

（3）將做好的堵頭插入泄漏的換熱管內(nèi)，用錘子敲緊直到與管板平行，然后采用氬弧焊焊接。為保證焊接質(zhì)量，在焊接堵頭前先采用制熔的方法進行處理，制熔完成后進行著色檢查，檢查合格后進行滾動脹管處理，其后再用NiCr-3焊絲進行補焊（焊接時起弧和收弧應(yīng)一直在堵頭上進行）。

（4）堵頭焊接完成后，在堵頭的密封焊縫上進行著色檢測和泄漏測試，檢查合格后試壓，之后回裝相應(yīng)部件。

圖2 廢熱鍋爐換熱管桶形堵頭堵漏示意圖

4 結(jié)束語

氨合成廢熱鍋爐檢修完成后，系統(tǒng)按計劃重啟，氨合成催化劑運行參數(shù)與檢修前無異，截至投稿時氨合成系統(tǒng)已滿負(fù)荷連續(xù)運行8個月，期間對爐水樣品進行連續(xù)數(shù)周的跟蹤檢測，其電導(dǎo)率、氨氮含量均正常，且無不凝氣存在。

實踐表明，系統(tǒng)停車檢修，合成氣壓縮機與氨合成系統(tǒng)進行聯(lián)動置換，具有置換效率高、氮氣用量少、置換徹底等優(yōu)點；在氨合成塔出口與廢熱鍋爐進口連接處加設(shè)特制工裝，不僅保證了檢修作業(yè)的安全，而且有效保護了氨合成催化劑；桶形堵頭堵漏法安全可靠，此新型堵漏法在列管式換熱器堵漏工作中表現(xiàn)良好，可為列管式換熱器的堵漏工作提供一點參考和借鑒。