檢漏系統在尿素裝置中的應用

謝艷華，劉先軍

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

尿素高壓圈是CO2氣提法生產尿素工藝中的核心工藝，而高壓圈中的高壓設備是其中的關鍵設備，這些高壓設備一般結構為碳鋼殼體加保護襯里[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，導致甲銨外漏，高壓設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和運行。所以，為了能夠監測高壓設備襯里的狀態，及早發現襯里的腐蝕情況，設計了檢漏系統。

1 在線檢漏系統的原理

高壓設備筒節襯里上典型的檢漏通道見圖1，高壓設備襯里由襯板焊接而成，因此襯里的焊縫為整個設備的最薄弱處，故檢漏通道基本都是沿焊縫設置在襯里的外表面，每個襯板的檢漏通道組成的回路稱為一個檢漏分區，各檢漏分區均在設備外殼上設置檢漏口(圖中A1、A2、B1、B2)。檢漏系統的基本原理如下：將發生在襯里焊縫處的泄漏介質通過設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的泄漏介質引至設備外分析儀表處，分析儀表檢測到泄漏介質即可進行顯示、報警等，從而實現對高壓設備襯里的狀態監測。根據這個基本原理，在線檢漏系統基本分為兩大類。

圖1 典型的檢漏通道

1.1 直接法[3]

檢漏通道內不通任何介質，處于自然狀態，當襯里發生泄漏時，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)，氨氣是滲透很強的介質，會經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、在檢漏口設置分析儀表等。

1.2 間接法[3]

采用惰性氣體(如氮氣或蒸汽)通入檢漏通道上端檢漏口(圖中A1、A2)，氣體進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形成循環回路，如果襯里有泄漏，泄漏物(氨、碳酸氫銨)也隨氣體排出，再通過分析儀表實現實時檢測。

目前，大部分尿素裝置中的檢漏系統均采用間接法進行檢測。

2 間接法在線檢漏系統的實際應用

2.1 間接法在線檢漏系統的循環氣體選擇

傳統檢漏系統的循環氣體一般采用蒸汽，但隨著工藝技術的不斷改進和對高壓設備安全性認識的不斷提高，人們普遍認為采用蒸汽檢漏有風險：①易攜帶腐蝕性介質進入設備(如Cl-1、硫化物等)，對不銹鋼襯里帶來應力腐蝕風險；②蒸汽冷凝液可能與泄漏介質生成氨水、碳酸等腐蝕性介質，造成對塔體的腐蝕風險。

所以采用蒸汽對蒸汽的品質要求非常高，現階段大部分工廠采用氮氣作為檢漏系統循環氣體。

2.2 用氮氣作為循環氣體的在線檢漏系統

2.2.1基本原理及構成

某海外項目尿素裝置在線檢漏系統典型流程見圖2，檢漏系統所用的循環氣體是氮氣，高壓合成圈內每臺核心設備設置了一套檢漏系統。該檢漏系統包括檢漏口、檢漏管、在線分析儀、檢漏回路控制裝置及水封裝置。對于高壓設備塔體的每一檢漏分區，分別設有兩根檢漏管，并經由該檢漏分區的檢漏通道構成檢漏回路，一根連接至檢漏通道的上部(圖中A1、A2口)并通入氮氣，另一根連接至檢漏通道的下部(圖中B1、B2口)，并將氮氣引出至分析儀，一旦襯里有輕微腐蝕造成介質泄漏，氨會經由檢漏回路中持續循環的氮氣引出并在分析儀上得到檢測，該分析儀會送出4～20mA信號至中心控制室，根據預先設定的報警值發出報警，提醒操作人員及時進行處理，避免更大范圍的腐蝕和破壞。

圖2 在線檢漏系統典型流程

檢漏系統的氮氣流量要根據系統響應時間、檢漏通道大小和氣體分析儀要求來設置。由于塔體的高度不同，各個檢漏分區的內部結構和檢漏管的長度、方向、布置等都不完全一致，因此每一個氮氣循環回路還需配置流量計和調節閥來加以控制。為防止氮氣超壓對襯里造成破壞，該檢漏系統設置了一個水封裝置，水封的高度根據襯里的反向承壓能力考慮，這樣就可以實現對氮氣壓力的調節，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，所有流出檢漏分區的檢漏氮氣匯集于一條主管并送入氣體分析儀，一旦有襯里發生泄漏，分析儀即可實現分析檢測并及時報警。

(2)泄漏位置確定，當控制室監視到氣體分析儀報警信號時，操作工可通過在現場分析柜上逐個關閉氮氣檢測回路的切斷閥(循環氣出口管線上的切斷閥)的方式，來確定泄漏發生在哪個回路，再根據該回路連接的檢漏分區位置確定泄漏可能發生的區域。

2.2.3在線檢漏系統優點

(1)檢測靈敏度高。當襯里有泄漏發生時，進入檢漏通道的氮氣可及時把泄漏介質引出，并經分析儀自動檢測其泄漏的關鍵成分——氨的含量，檢測泄漏介質反應時間短，可及早發現泄漏情況，同時也能實施在線連續監測。

(2)分析安全可靠。采用氮氣檢漏，一定流量和流速的氮氣在檢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。泄漏發生后，操作工可通過逐個關閉氮氣檢測回路的根部閥來迅速確定泄漏區域和位置。

3 在線檢漏系統的安裝及投用注意事項

3.1 安裝注意事項

(1)為防止因介質凝固或介質氣化的吸熱反應造成管路結冰，進而導致檢漏管堵塞，應保證檢漏管布置在設備保溫層下。

(2)為方便維護，檢漏引出口處保溫層應設計成可方便拆除型(見圖3)。檢漏口處保溫層獨立于筒體保溫層且留有適當縫隙，保溫層外鋁皮采用螺栓固定，維護時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，應考慮為相對檢漏口向下坡度，并避免袋形，每一個檢漏回路保證循環氣為上進下出。

(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，可選擇多個檢漏分區串聯組成一個回路，為保證響應時間及泄漏點的迅速定位，建議檢漏分區串聯數量不超過2個。

(6)為保證響應時間，應確保檢漏分析機柜盡量靠近對應設備，標高低于最低檢漏口，同時機柜的前后左右留足檢修和操作維護空間。

3.2 投用注意事項

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

(2)設備襯里的反向承壓能力(一般為4.91kPa)有限，因此檢漏系統吹掃應在設備水壓試驗階段進行，以便于調節系統內循環氣體壓力，避免襯里反向承壓超限。

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

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

(5)投用前應用標定氣對分析儀進行標定。

4 在線檢漏系統的發展展望

隨著人們對工廠安全性的認識和對自動化程度要求的提高，未來可借助計算機編程實現對泄漏位置的自動判斷，替代人工判斷過程，由此來實現更快速的泄漏點定位。

5 結語

檢漏系統是尿素裝置中實現高壓設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現泄漏預警，提醒人們將嚴重的設備腐蝕扼殺在萌芽狀態，為尿素裝置的長期、穩定、安全運行提供保障。