在線氨泄漏檢測系統的應用

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.中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

海洋石油富島有限公司(以下簡稱富島公司)二期2 700t/d尿素裝置已運行18年，尿素高壓設備進入壽命后期。2017年大修檢測發現，尿素合成塔內部襯里出現局部腐蝕缺陷，日常維護檢查，需要提高設備檢漏排查的及時性、有效性和可靠性。原檢漏方法非在線而且不能連續監控，間隔取樣時間長、誤差大。2020年7月，改造為中國五環工程有限公司專利設備“在線氨泄漏檢測系統”，調試合格投用。高壓設備在線氨泄漏檢測系統，提供高壓圈設備在線泄漏監測的一體化解決方案，能夠把由于設備泄漏造成的安全事故的概率降到最低，符合國家對尿素高壓設備日常維護和安全管理的要求。

1 尿素裝置高壓設備檢漏概述

1.1 尿素裝置高壓設備檢漏的必要性

尿素生產裝置高壓系統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臺設備[1，2]。在正常生產中，高壓設備都處在高溫、高壓和強腐蝕工作環境之中，其運行狀況對尿素裝置的安全生產起著至關重要的作用，所以生產中有必要對4臺高壓設備本身的性能狀況進行監測。由于尿素高壓設備工作條件惡劣，加之平時生產中難免出現超溫、超壓，氨碳比、水碳比、防腐氧含量等物料輕微失調，以及檢修中留下的缺陷，這些都會造成設備襯里的腐蝕加劇，嚴重時發生泄漏。當設備發生泄漏時，若不能及時發現并處理，則泄漏會不斷擴大。泄漏的介質還會將設備外殼的碳鋼層腐蝕穿透，甚至產生爆裂現象，以至造成惡性的安全、環保事故。所以檢漏系統的作用就是當高壓設備的襯里發生泄漏時，能及時發現并立即停車，排放后進行維修，防止泄漏不斷擴大，確保不會由于泄漏而發生安全事故。

1.2 尿素裝置高壓設備檢漏原理

高壓設備筒節襯里上典型的檢漏通道[3，4]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1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。

圖1 高壓設備襯里檢漏通道

1.3 高壓設備檢漏介質的選擇

傳統檢漏系統的循環氣體一般采用蒸汽，缺點有以下幾點：①蒸汽系統為調節冷凝液pH值加入一定的氨水，影響分析結果；②易攜帶腐蝕性介質進入設備(如氯離子、硫化物等)，對不銹鋼襯里帶來應力腐蝕風險；③蒸汽冷凝液可能與泄漏介質生成氨水、碳酸等腐蝕性介質，造成塔體的腐蝕風險；④蒸汽壓力高，停車過程因操作失誤而損壞設備襯里。

綜上原因，傳統檢漏蒸汽作為介質有風險。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，氮氣作為檢漏介質從經濟性、穩定性和腐蝕角度考慮，已被普遍接收使用[5，6]。

2 尿素高壓設備原檢漏方法及存在問題

2.1 高壓設備原檢漏方法

高壓池式冷凝器303C和合成塔301D采用全人工操作檢漏，該檢測系統從公用站引用氮氣，氮氣由總管分布到支管進入設備的各檢測點，氮氣總管上有調節閥和壓力表，用來調節氮氣的壓力，從各檢測點出來的氮氣支管匯總到一個檢漏槽中(見圖2)，檢漏槽中的水為蒸汽冷凝液，液位淹沒支管的出氣口，各支管上有表示檢測位置的編號。

操作方法如下：先將檢漏槽的水進行更換，通入氮氣，調整氮氣總管的壓力在30kPa，氮氣通過支管通向襯里各個檢測點，再返回至水槽中(見圖3)，檢測過程中，要確認各個支管冒泡均勻且連續，持續3～5min后，取水槽的水樣送檢，分析氨含量，根據氨含量判斷設備泄漏情況。

圖3 檢漏管編號

2.2 原檢漏方法缺點

2.2.1 檢漏介質壓力無法監控

國內出現很多尿素高壓設備襯里因檢漏過程介質壓力控制不當，造成設備內部襯里損壞、變形的案例。人工手動檢漏過程，需要嚴格控制檢漏介質壓力不高于50kPa，在未改造在線氨檢漏系統前，人工檢漏沒有在線儀表遠程監控，異常壓力會損害設備襯里。

2.2.2 不能連續監測

原高壓池式冷凝器采用直接檢測法，每周二對檢漏槽中的冷凝液進行分析。如果只依靠分析數據判斷襯里完好性，不能滿足對襯里泄漏發現的及時性。其他時間只能依靠巡檢過程中的目視檢查，但包括泄漏的甲銨液將檢漏管堵塞等現象，并不能從外觀目視判斷，存在檢測盲區。

2.2.3 分析偏差大

合成裝置蒸汽系統調節pH值加入的氨水量，影響蒸汽冷凝液中的游離氨含量，會造成分析偏差。由于檢漏槽為敞開式容器，蒸汽冷凝液隨時間及溫度變化，氨從冷凝液中析出，導致分析檢測效果不準確。外部氨進入檢漏槽，使蒸汽冷凝液中氨含量變化，導致分析檢測效果偏差。

2.2.4 檢漏介質分布不均

人工手動檢漏，襯里進氣口集成在一條總管上，因設備檢漏位置及檢漏管長短不同，檢漏介質在設備內的阻力也不同。相同檢漏壓力下，會出現有的檢漏管出氣、有的沒有出氣的現象。介質壓力高出氣量大，檢漏槽內鼓泡大，影響對其他檢測管的檢查判斷。設備上單個檢漏管就沒有辦法檢漏。

3 在線氨泄漏檢測系統應用

3.1 在線氨泄漏檢測系統流程介紹

從公用站引入的氮氣，經過濾減壓后送至檢測系統總管，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，通過水槽的液位產生的靜壓保證總管內氮氣的壓力，水槽的水為循環冷卻水，氮氣總管分出若干支管通向各個檢測點，各支管上有轉子流量計，正常運行時，通過調節浮子的位置來控制進入各檢測點的流量，各檢測點返回的氮氣再次匯集到總管中，因為氮氣流通過程中吸收熱量，溫度較高，返回總管上設置有換熱器，經過降溫后進入氨檢測儀表，檢測氮氣中的氨含量，檢測后的氣體排入大氣中，高壓設備在線氨泄漏檢測系統在中控室設有報警裝置，當氮氣中氨含量達到一定數值后觸動報警器。在檢測器前設有標定氣入口，用來校驗氨檢測儀表。高壓設備在線氨泄漏檢測系統流程見圖4。

圖4 高壓設備在線氨泄漏檢測系統流程

3.2 在線氨泄漏檢測系統的投用方法

高壓檢測系統投用前，先投用換熱器循環水、呼吸水槽，根據氮氣控制壓力加水至有水溢出。第一次使用時，在不投用氨檢測表的情況下，用氮氣置換管路及設備夾層2h，把系統內部的空氣全部置換。系統置換完成后，氮氣壓力調整到2kPa左右，最大不超過5kPa，各支管氮氣流量設定為60～70mL/min，轉子流量計的浮子在中間位置，確定系統運行無異常后，投用氨檢測儀。

3.3 在線氨泄漏檢測系統的日常維護

工藝人員巡檢維護，檢查氮氣總管的壓力是否在2kPa，各支管流量計的流量正常，確認檢漏氮總管壓力表指示和壓差計指示相同。定時往液封水槽中補水，至溢流口有水溢出，保證水位正常。

3.4 在線氨泄漏檢測系統的特點

與原手動檢漏操作相比，在線氨泄漏檢測系統具有以下特點：檢測靈敏度高，當塔體襯里有泄漏發生時，進入筒節盲層板內檢漏通道的循環媒介可及時把泄漏介質引出筒節，氨檢漏系統會立即分析氨含量并發出報警。遠程監控功能，檢測數值以電信號送入DCS控制系統，能隨時監控氨檢漏分析儀的數據變化情況。性能安全可靠，該系統為全封閉系統，不受外界的影響，檢漏氮氣壓力三重防護控制，自動排放泄壓。泄漏后方便查找，對檢漏管進行分組檢漏，按組切除系統排查，提高效率。

3.5 在線氨泄漏檢測系統應用效果

2020年6月，富島公司用一周時間將設備全部安裝、調試完成。該系統自動化程度高、結構簡單、操作簡潔。在線氨泄漏檢測系統投用近一年來，運行效果良好，通過與取樣分析數據作對比，系統檢測的數據精度更高，同時該系統還會自動生成歷史趨勢，減少復雜的人員操作，也增強了系統的安全性，符合企業安全意識日益提升的要求。

在線氨泄漏檢測系統只分析檢漏氮氣中氨含量，如果檢測儀表故障失靈，缺少備用對比手段。目前，富島公司每3個月用濃度為150×10-6標定氨氣，校正1次檢測儀；每周增加1次檢漏氮氣中氨含量手動分析；崗位人員巡檢過程中，使用便攜式氨測量儀檢查確認。

4 結語

尿素高壓設備襯里腐蝕一直是尿素工藝發展瓶頸，除生產中控制運行環境、減緩襯里腐蝕外，更應該采用先進的手段對設備襯里進行監控預防。高壓設備在線氨泄漏檢漏系統流程設計合理、工藝操作方便、設備維護簡單、系統安全性高、檢測可靠性好，投入運行一年穩定可靠。本項目采用的國產化新技術、新工藝為用戶節約投資百萬元。