合成氨裝置高壓廢熱鍋爐常見故障及處理

張 林

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

1 概述

中海石油化學(xué)股份有限公司海南基地二期裝置設(shè)計(jì)年產(chǎn)45萬噸合成氨，其蒸汽系統(tǒng)共分三個等級：高壓（12.0 MPa、510 ℃）、中壓（4.55 MPa、387 ℃）、低壓（0.345 MPa、150 ℃）。合成裝置產(chǎn)生高壓過熱蒸汽用來驅(qū)動2 臺高壓蒸汽透平，做功后中壓蒸汽作為工藝蒸汽和驅(qū)動7 臺中壓透平，同時提供尿素裝置所需的蒸汽。產(chǎn)生的低壓蒸汽供給所有公用站、密封蒸汽、滅火蒸汽、汽提蒸汽。其中高壓蒸汽是利用工藝回收熱在3 個蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的，1 個在二段爐出口，其他2 個分別在高變爐出口和合成塔出口，產(chǎn)生的高壓蒸汽首先在102C 中過熱到369 ℃，隨后在一段爐對流段加熱到510 ℃后再送到各個用戶使用，其流程如圖1 所示。中壓蒸汽由1 臺設(shè)計(jì)能力為60 t/h、4.85 MPa、389 ℃快裝鍋爐提供，開車期間用于建立蒸汽管網(wǎng)。

圖1 蒸汽及鍋爐給水系統(tǒng)流程

2 廢熱鍋爐常見故障及處理

2.1 爐水側(cè)封頭隔板沖刷腐蝕導(dǎo)致爐水側(cè)走短路

高壓廢熱鍋爐水側(cè)封頭隔板沖刷腐蝕現(xiàn)象較為普遍，因受氣、液兩相變化沖擊、開停車的熱應(yīng)力變化，封頭隔板極易損傷，特別在123C1/2 合成塔出口高壓廢熱鍋爐上較為嚴(yán)重。

因合成塔在開車升溫階段開始反應(yīng)產(chǎn)熱時熱應(yīng)力變化較大，水量控制在小閥位波動大，導(dǎo)致123C1/2 溫度變化大，經(jīng)常出現(xiàn)上下波動的情況，易造成封頭隔板損傷。針對此情況優(yōu)化了合成塔升溫步驟，初期利用大氣量進(jìn)行升溫，在開始反應(yīng)時因前期合成回路導(dǎo)入氣量大、產(chǎn)熱多，對水的需求多，可以避免小閥位控制，且大氣量操作可以避免在后期合成回路加負(fù)荷時產(chǎn)生二次波動，使123C1/C2 溫度控制趨于平穩(wěn)。同時針對已經(jīng)對隔板造成沖刷腐蝕的區(qū)域，對封頭隔板整體打磨掉一層，升級材料，增加堆焊強(qiáng)度防止沖刷腐蝕，通過處理取得了比較好的效果，封頭隔板未再出現(xiàn)大面積沖刷腐蝕的情況，合成廢熱鍋爐部件及焊接材料統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 合成廢熱鍋爐部件及焊接材料統(tǒng)計(jì)

2.2 鍋爐給水側(cè)換熱管管程泄漏

鍋爐給水側(cè)換熱管出現(xiàn)泄漏一般直接采用堵管處理。2012年7 月，103C1 出現(xiàn)過換熱管爆管，當(dāng)時裝置出現(xiàn)的現(xiàn)象是工藝氣冷凝液量逐步增加、高壓蒸汽系統(tǒng)產(chǎn)汽量下降，裝置無法維持運(yùn)行被迫停車。檢修時經(jīng)渦流檢測、超聲檢測、試漏檢查發(fā)現(xiàn)換熱管爆管13 根，造成泄漏。

根據(jù)列管的缺陷形狀及位置，經(jīng)過分析泄漏原因是列管與分布器接觸位置長期摩擦，造成局部損傷，最終造成穿孔。針對這些存在泄漏的換熱管，通過對換熱管管端進(jìn)行堵管處理，解決了鍋爐給水側(cè)換熱管泄漏的問題（圖2）。

圖2 鍋爐給水側(cè)換熱管局部堵管

2.3 水側(cè)管線與廢熱鍋爐法蘭連接處泄漏

2006 年101C、103C1、123C1 均出現(xiàn)連接法蘭處泄漏，且在線熱緊已不能消除漏點(diǎn)，需通過在線做夾具堵漏。在2006 年計(jì)劃檢修中對墊片進(jìn)行了整體更換，徹底消除泄漏隱患。

對水側(cè)管線與廢熱鍋爐法蘭連接處泄漏的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要原因在于安裝時的螺栓熱緊時間及開停車過程中的升、降溫速率控制。針對上述問題，制定了嚴(yán)格的熱緊時間及穩(wěn)定的開停車升、降溫速率，優(yōu)化操作流程。改進(jìn)實(shí)施以后，未再出現(xiàn)以上泄漏情況。

2.4 爐水側(cè)換熱面結(jié)垢

爐水側(cè)換熱面結(jié)垢在高壓鍋爐廢鍋系統(tǒng)中是較為常見的故障，也是直接影響高壓蒸汽產(chǎn)汽量下降的根本原因。在以往的大修過程中，均會對高壓廢鍋進(jìn)行抽芯處理，抽芯后利用機(jī)械水射流清洗換熱器列管、內(nèi)窺鏡抽檢換熱管內(nèi)壁。但是機(jī)械水射流清洗只對松軟的垢層清除效果明顯，而換熱管內(nèi)壁較硬的垢層極難處理干凈，每次檢查在管壁內(nèi)部及死角處清洗效果都不理想。

2019 年4 月化肥二部合成氨裝置首次采用化學(xué)清洗的方式來解決水側(cè)結(jié)垢問題，具體化學(xué)清洗過程、流程如下：臨時配管—水沖洗/帶壓檢漏—堿洗—堿洗后水沖洗—酸洗—酸洗后水沖洗—漂洗中和—鈍化處理—人工清理及檢查驗(yàn)收。

化學(xué)清洗過程使用藥品及產(chǎn)生的廢液量統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 藥品及廢液量統(tǒng)計(jì)

通過觀察鍋爐內(nèi)壁及管板清洗效果可以得出，141D 內(nèi)黑色軟垢已清理干凈，內(nèi)壁呈現(xiàn)出黑亮金屬色，123C1、103C1 管板表面清亮無污垢（圖3）。清洗后，高壓蒸汽系統(tǒng)產(chǎn)汽量增加3～4 t/h。

圖3 鍋爐內(nèi)壁及管板清洗效果

2.5 氣側(cè)換熱面結(jié)垢

歷年裝置檢修在高壓廢鍋進(jìn)行抽芯時對氣側(cè)換熱面結(jié)垢情況進(jìn)行檢查，氣側(cè)換熱面結(jié)垢不是十分明顯，表面只有一層浮塵，用手即可輕松的抹去顯現(xiàn)出設(shè)備本色。通常的處理方式是工藝人員對殼側(cè)的表面進(jìn)行擦拭，對殼程底部的積灰進(jìn)行徹底清理，管程氣側(cè)通過機(jī)械水射流清洗即可達(dá)到良好的效果。工藝氣側(cè)換熱面結(jié)垢情況清理前后對比如圖4 所示。

圖4 工藝氣側(cè)換熱面結(jié)垢情況清理前后

2.6 工藝氣側(cè)氣體走短路換熱效率下降

2006 年以前高壓廢鍋管束外側(cè)只有折流板來控制工藝氣側(cè)的氣體分流導(dǎo)向，折流板與殼側(cè)之間所留的間隙較大，工藝氣極易走短路，不能達(dá)到理想的換熱效果。通過與廠家溝通交流，設(shè)備人員提出在折流板上增加葉式密封來減小孔隙率，避免氣體走短路，增加氣側(cè)的換熱效率。2006 年3 月分別對103C1C2完成管束增加葉式密封改造。2009 年3 月，對123C1C2 完成管束改造葉式密封，新增葉式密封具體樣式如圖5 所示。

圖5 新增葉式密封

3 結(jié)束語

合成氨裝置高壓廢熱鍋爐是主產(chǎn)高壓蒸汽的主要設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障將直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，輕則減少高壓蒸汽系統(tǒng)產(chǎn)汽量，使裝置的能耗增加、經(jīng)濟(jì)效益下降，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致整個合成裝置停工停產(chǎn)。本文統(tǒng)計(jì)了17 年來合成氨裝置高壓廢熱鍋爐所遇到的故障及處理措施，在預(yù)防和處理應(yīng)對等方面為同行業(yè)提供參考。