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摘要：随着我国综合国力的不断增强，化工行业逐渐发展壮大，现阶段全国各地的化工项目接连上马，多数是合成氨尿素联产乙二醇项目。项目建成后试生产期间，尿素装置高压设备池式反应器是否内漏成为了能否继续进行试生产的关键， 一旦出现内漏，如何找到泄漏点，采取什么措施消除泄漏点，更是重中之重。
关键词：尿素装置;池式反应器;内漏
引言：
湖北三宁化工股份有限公司石宝山新材料分公司，建设装置有：煤储运装置、气化装置、合成气净化装置、H2/CO分离装置、合成氨装置、草酸二甲酯装置、乙二醇装置、尿素装置，配套锅炉、空分、外管廊、污水处理等公用工程装置，具有年产52万吨合成氨、52万吨尿素、60万吨乙二醇能力。尿素装置选用CO2气提工艺，具体为荷兰Stamicarbon的“5XX”工艺，仅有两台高压设备，池式反应器和汽提塔。池式反应器既是反应器，又是换热器，它由冷却和绝热两部分组成。冷却部分是一种特殊的设计，相当于两个u形管式热交换器（蒸汽管束和氨基甲酸铵管束）。蒸汽管束是利用反应热生产低压蒸汽，所产生的低压蒸汽用于装置内加热和解吸，也用于下游工段的真空喷射器，所产生的蒸汽冷凝液在装置内消耗或外送其它装置。
1 设备概况
该尿素装置的两台高压设备（CO2汽提塔和池式反应器）系工艺包专利商斯塔米卡邦專有设备，由意大利贝莱利能源股份有限公司（BELLELI ENERGY CPE S.r.l.-MANTOVA-ITALY）制造并供货，由河南省安装集团有限责任公司安装。该池式反应器是一台卧式压力容器，外形尺寸Φ4054mm×（122+5）mm×32000mm，重436460kg，呈圆筒形，两端是两个半球形封头，每个封头上面都有一个人孔。池式反应器里面包含热交换器，U型管束和管箱均在壳体内部，操作状态下承受外压，管程通过管道从壳程连接到设备外部。其中的低压管束就是将锅炉给水泵送进来的蒸汽冷凝液加热生产低压蒸汽，汽水混合物进入低压蒸汽包实现低压蒸汽与冷凝液的分离，低压蒸汽通过自身压力送至用户，蒸汽冷凝液一方面通过锅炉给水泵循环产蒸汽，另一方面收集至冷凝液槽，通过蒸汽冷凝液泵送至用户。为了能及时发现问题，在低压汽包液相出液管道、气相出汽管道、蒸汽冷凝液收集总管等部位安装了电导率在线分析设备。
电导率是以数字表示溶液传导电流的能力。水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定的关系，当它们的浓度较低时，电导率随着浓度的增大而增加，因此，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。由于蒸汽品质的原因，尿素装置正常运行状态下的蒸汽冷凝液电导率一般在5～75μs/cm之间，一旦检测到电导率上涨至75μs/cm以上甚至更高，那就说明蒸汽冷凝液中离子的浓度发生了变化，从而推测出蒸汽冷凝系统出现了问题。
2 问题的发现
尿素装置于3月1日投料试生产，在线分析蒸汽冷凝系统电导率偏高，推断系统可能出现问题，故于3月3日对尿素装置停车封塔。此后，蒸汽冷凝液的电导率依然较高且有上涨趋势，对蒸汽冷凝系统蒸汽冷凝液槽、低压汽包气相、低压汽包出液、冷凝液收集总管等多点分多次进行取样分析，低压汽包气相铵根含量高，液相尿素含量高。为了进一步核实电导率异常，于3月4日22：00～3月5日6：00利用新鲜除盐水对尿素装置蒸汽冷凝系统置换之后，再次取样分析仍然有问题，具体见表1。
期间对二段蒸发加热器（利用中压蒸汽加热）液位槽冷凝液取样分析，结果显示铵根3.93mg/L，尿素0.06mg/L，可排除中压蒸汽系统的问题，初步判断池式反应器出现内漏，壳程介质已经漏入管程的低压蒸汽管束，导致蒸汽冷凝系统电导率高，进而可能造成蒸汽冷凝系统设备及管道腐蚀受损。
3 池式反应器查漏
3.1 查漏的过程
3月5日9：40开始对高压系统物料进行排放，直到16：00系统物料排净，然后进行冲洗置换。
3月6日组织维修人员分别拆开池式反应器两端的人孔盖，12：04靠近管箱处壳程测温点T-062129仍有116.5℃，在两端人孔口处架设轴流风机，朝同一方向鼓/引风，加快降温速率（为了保护设备本体，降温速率不超过30℃/h）。
3月7日12：04靠近管箱处壳程测温点T-062129降至45.7℃，组织工艺方面试压查漏。在产出低压蒸汽至低压汽包的管道法兰及锅炉给水泵出口调节阀组前法兰处插上盲板，利用阀间导淋安装带有压力表的充水短接头，在管程低压管束加压至0.5bar时，低压管箱盖密封面处出现多处泄漏，且泄漏量较大，水已流成线。进入内部进一步核实并拍摄低压管箱盖泄漏的照片及视频（用于与工艺包专利商及设备供货商交流分析），另检查发现中压管箱盖法兰下沿缝里面有少量白色结晶物。其余部位未发现明显问题。
3月8日取样分析中压管箱盖法兰下沿缝里面的白色结晶物，确认成分是尿素。
3.2 查漏的结论
蒸汽冷凝液系统电导率高的原因系池式反应器壳程介质通过低压管箱盖密封面处漏入管程低压蒸汽管束，另中压管箱盖密封面处也有泄漏。
4 泄漏的原因分析
4.1 池式反应器的壳程工作介质含氨、氨基甲酸铵、尿素等，操作压力为145bar，远远大于管程低压管束的操作压力（见表2），易发生泄漏。
4.2 池式反应器内部管箱法兰盖装配形式如图，在法兰盖上加工有密封凹槽，而管箱法兰则为平面，通过紧固螺栓将密封凹槽内的密封垫压缩，从而达到密封的目的。该密封垫是一种齿形组合垫，用3M喷胶将两侧的特氟龙垫片粘结到中间的safurex齿形垫表面，总厚度8mm，凹槽设计深度5.8～6.0mm。分析泄漏的原因可能就是凹槽深度与垫片厚度匹配不当，压缩量不足，在高压差时不能有效密封。
5 漏点的消除 5.1 在拆下低压管箱上盖和下盖后，仔细检查法兰密封面及盖侧垫片均无明显缺陷，取出垫片检查凹槽完好。晚上对管程中压管束加水充压至7.7bar管箱盖泄漏较大，按550N·m扭力（要求范围450～600N·m）紧固后充压至32bar检查依然有渗漏（紧固后管箱盖与法兰之间基本没有间隙了），可进一步确认密封垫片厚度不足。在向工艺包专利商及设备供货商反馈检查结果后，均表示同意加厚密封垫片，但由于现场没有更厚的成品垫片，故商定临时在凹槽侧另加一层特氟龙垫。
5.2 对低、中压管束共4个管箱的管箱内部、法兰密封面、盖凹槽及非密封面等部位彻底清理干净后，更换新垫片并回装。此时的密封垫组合形式为：凹槽侧特氟龙垫片2层+中间safurex齿形垫+法兰侧特氟龙垫片1层。下表3～5是整个回装过程中的数据记录。
由于位置不好，低压管箱盖与法兰间隙未进行测量。
5.3 过程中对管板角焊缝、管箱盖加强销帽焊缝、壳程内蒸汽及冷凝液集管斜接焊缝等部位进行渗透检测，未发现明显缺陷。
5.4 池式反应器内部4个管箱盖螺栓紧固完成后，立即组织工艺方面对管程试压试漏，依然采取加水充压查漏的方法。具体试漏结果见表6。
5.5 由于壳程与管程的操作压力相差很大，在管程试压不漏的情况下，有必要在壳程再次试压确认。所以，在管箱蓋法兰处检查无渗漏后，立即组织点焊螺母防退块，并对池式反应器内部清理干净后回装两端的人孔盖。回装完成后，再次组织工艺方面试压试漏。针对壳程，先加入大量蒸汽冷凝液，然后加入一定量的氨水，将整个壳程充满，管程利用泵保持蒸汽冷凝液打循环，并取样分析初始时刻壳程及管程介质的铵根含量，最后分阶段升压和取样分析，根据结果判断壳程介质是否漏入管程中。具体试漏结果见表7。
5.6 事后与工艺包专利商及设备供货商进一步沟通，要求重新核算增加密封垫safurex金属层的厚度，并免费补发备件至试生产现场，择机更换之后才能彻底消除尿素装置池式反应器内部泄漏的隐患。
6 小结
尿素装置中池式反应器内部泄漏属重大设备隐患：轻微泄漏会导致蒸汽冷凝系统铵根、尿素含量高，运行一段时间后会对设备及管道造成严重的腐蚀;较大泄漏会直接造成高压窜低压，酿成伤害事故，这是化工行业大忌。这种内漏从外面是无法发现的，只能依靠蒸汽冷凝系统各段管线上的电导率在线分析数据来判断，若电导率异常，则需针对性地取样分析铵根、微量尿素含量，从而确定池式反应器内部是否出现泄漏。在确定出现泄漏后，最重要的就是迅速停车排放，并将系统中冲洗置换干净，再来根据情况分析原因，组织检查和检修，采取直接有效的措施消除漏点，就能改善装置运行状况，保证整个系统的长周期稳定运行。
参考文献
[1]王淑霞，粟升，鄢俊强，刘兵，牙夏尔.尿素装置蒸汽冷凝液污染问题及措施[J].氮肥技术.2020（01）.
[2]李文强，谢鸿适，张浩.蒸汽冷凝液电导率超标问题的分析及处理[J].石油化工应用.2015（06）.
[3]钟秀兰.浅析尿素装置工程建设的质量控制[J].化肥设计.2008（04）.
[4]马广超.2000+CO2汽提工艺池式反应器的设计缺陷[J].化工设计通讯.2019（09）.
[5]中国石油塔里木油田石化分公司. 日产2640吨尿素装置资料汇编.2012.
关键词：尿素装置;池式反应器;内漏
引言：
湖北三宁化工股份有限公司石宝山新材料分公司，建设装置有：煤储运装置、气化装置、合成气净化装置、H2/CO分离装置、合成氨装置、草酸二甲酯装置、乙二醇装置、尿素装置，配套锅炉、空分、外管廊、污水处理等公用工程装置，具有年产52万吨合成氨、52万吨尿素、60万吨乙二醇能力。尿素装置选用CO2气提工艺，具体为荷兰Stamicarbon的“5XX”工艺，仅有两台高压设备，池式反应器和汽提塔。池式反应器既是反应器，又是换热器，它由冷却和绝热两部分组成。冷却部分是一种特殊的设计，相当于两个u形管式热交换器（蒸汽管束和氨基甲酸铵管束）。蒸汽管束是利用反应热生产低压蒸汽，所产生的低压蒸汽用于装置内加热和解吸，也用于下游工段的真空喷射器，所产生的蒸汽冷凝液在装置内消耗或外送其它装置。
1 设备概况
该尿素装置的两台高压设备（CO2汽提塔和池式反应器）系工艺包专利商斯塔米卡邦專有设备，由意大利贝莱利能源股份有限公司（BELLELI ENERGY CPE S.r.l.-MANTOVA-ITALY）制造并供货，由河南省安装集团有限责任公司安装。该池式反应器是一台卧式压力容器，外形尺寸Φ4054mm×（122+5）mm×32000mm，重436460kg，呈圆筒形，两端是两个半球形封头，每个封头上面都有一个人孔。池式反应器里面包含热交换器，U型管束和管箱均在壳体内部，操作状态下承受外压，管程通过管道从壳程连接到设备外部。其中的低压管束就是将锅炉给水泵送进来的蒸汽冷凝液加热生产低压蒸汽，汽水混合物进入低压蒸汽包实现低压蒸汽与冷凝液的分离，低压蒸汽通过自身压力送至用户，蒸汽冷凝液一方面通过锅炉给水泵循环产蒸汽，另一方面收集至冷凝液槽，通过蒸汽冷凝液泵送至用户。为了能及时发现问题，在低压汽包液相出液管道、气相出汽管道、蒸汽冷凝液收集总管等部位安装了电导率在线分析设备。
电导率是以数字表示溶液传导电流的能力。水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定的关系，当它们的浓度较低时，电导率随着浓度的增大而增加，因此，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。由于蒸汽品质的原因，尿素装置正常运行状态下的蒸汽冷凝液电导率一般在5～75μs/cm之间，一旦检测到电导率上涨至75μs/cm以上甚至更高，那就说明蒸汽冷凝液中离子的浓度发生了变化，从而推测出蒸汽冷凝系统出现了问题。
2 问题的发现
尿素装置于3月1日投料试生产，在线分析蒸汽冷凝系统电导率偏高，推断系统可能出现问题，故于3月3日对尿素装置停车封塔。此后，蒸汽冷凝液的电导率依然较高且有上涨趋势，对蒸汽冷凝系统蒸汽冷凝液槽、低压汽包气相、低压汽包出液、冷凝液收集总管等多点分多次进行取样分析，低压汽包气相铵根含量高，液相尿素含量高。为了进一步核实电导率异常，于3月4日22：00～3月5日6：00利用新鲜除盐水对尿素装置蒸汽冷凝系统置换之后，再次取样分析仍然有问题，具体见表1。
期间对二段蒸发加热器（利用中压蒸汽加热）液位槽冷凝液取样分析，结果显示铵根3.93mg/L，尿素0.06mg/L，可排除中压蒸汽系统的问题，初步判断池式反应器出现内漏，壳程介质已经漏入管程的低压蒸汽管束，导致蒸汽冷凝系统电导率高，进而可能造成蒸汽冷凝系统设备及管道腐蚀受损。
3 池式反应器查漏
3.1 查漏的过程
3月5日9：40开始对高压系统物料进行排放，直到16：00系统物料排净，然后进行冲洗置换。
3月6日组织维修人员分别拆开池式反应器两端的人孔盖，12：04靠近管箱处壳程测温点T-062129仍有116.5℃，在两端人孔口处架设轴流风机，朝同一方向鼓/引风，加快降温速率（为了保护设备本体，降温速率不超过30℃/h）。
3月7日12：04靠近管箱处壳程测温点T-062129降至45.7℃，组织工艺方面试压查漏。在产出低压蒸汽至低压汽包的管道法兰及锅炉给水泵出口调节阀组前法兰处插上盲板，利用阀间导淋安装带有压力表的充水短接头，在管程低压管束加压至0.5bar时，低压管箱盖密封面处出现多处泄漏，且泄漏量较大，水已流成线。进入内部进一步核实并拍摄低压管箱盖泄漏的照片及视频（用于与工艺包专利商及设备供货商交流分析），另检查发现中压管箱盖法兰下沿缝里面有少量白色结晶物。其余部位未发现明显问题。
3月8日取样分析中压管箱盖法兰下沿缝里面的白色结晶物，确认成分是尿素。
3.2 查漏的结论
蒸汽冷凝液系统电导率高的原因系池式反应器壳程介质通过低压管箱盖密封面处漏入管程低压蒸汽管束，另中压管箱盖密封面处也有泄漏。
4 泄漏的原因分析
4.1 池式反应器的壳程工作介质含氨、氨基甲酸铵、尿素等，操作压力为145bar，远远大于管程低压管束的操作压力（见表2），易发生泄漏。
4.2 池式反应器内部管箱法兰盖装配形式如图，在法兰盖上加工有密封凹槽，而管箱法兰则为平面，通过紧固螺栓将密封凹槽内的密封垫压缩，从而达到密封的目的。该密封垫是一种齿形组合垫，用3M喷胶将两侧的特氟龙垫片粘结到中间的safurex齿形垫表面，总厚度8mm，凹槽设计深度5.8～6.0mm。分析泄漏的原因可能就是凹槽深度与垫片厚度匹配不当，压缩量不足，在高压差时不能有效密封。
5 漏点的消除 5.1 在拆下低压管箱上盖和下盖后，仔细检查法兰密封面及盖侧垫片均无明显缺陷，取出垫片检查凹槽完好。晚上对管程中压管束加水充压至7.7bar管箱盖泄漏较大，按550N·m扭力（要求范围450～600N·m）紧固后充压至32bar检查依然有渗漏（紧固后管箱盖与法兰之间基本没有间隙了），可进一步确认密封垫片厚度不足。在向工艺包专利商及设备供货商反馈检查结果后，均表示同意加厚密封垫片，但由于现场没有更厚的成品垫片，故商定临时在凹槽侧另加一层特氟龙垫。
5.2 对低、中压管束共4个管箱的管箱内部、法兰密封面、盖凹槽及非密封面等部位彻底清理干净后，更换新垫片并回装。此时的密封垫组合形式为：凹槽侧特氟龙垫片2层+中间safurex齿形垫+法兰侧特氟龙垫片1层。下表3～5是整个回装过程中的数据记录。
由于位置不好，低压管箱盖与法兰间隙未进行测量。
5.3 过程中对管板角焊缝、管箱盖加强销帽焊缝、壳程内蒸汽及冷凝液集管斜接焊缝等部位进行渗透检测，未发现明显缺陷。
5.4 池式反应器内部4个管箱盖螺栓紧固完成后，立即组织工艺方面对管程试压试漏，依然采取加水充压查漏的方法。具体试漏结果见表6。
5.5 由于壳程与管程的操作压力相差很大，在管程试压不漏的情况下，有必要在壳程再次试压确认。所以，在管箱蓋法兰处检查无渗漏后，立即组织点焊螺母防退块，并对池式反应器内部清理干净后回装两端的人孔盖。回装完成后，再次组织工艺方面试压试漏。针对壳程，先加入大量蒸汽冷凝液，然后加入一定量的氨水，将整个壳程充满，管程利用泵保持蒸汽冷凝液打循环，并取样分析初始时刻壳程及管程介质的铵根含量，最后分阶段升压和取样分析，根据结果判断壳程介质是否漏入管程中。具体试漏结果见表7。
5.6 事后与工艺包专利商及设备供货商进一步沟通，要求重新核算增加密封垫safurex金属层的厚度，并免费补发备件至试生产现场，择机更换之后才能彻底消除尿素装置池式反应器内部泄漏的隐患。
6 小结
尿素装置中池式反应器内部泄漏属重大设备隐患：轻微泄漏会导致蒸汽冷凝系统铵根、尿素含量高，运行一段时间后会对设备及管道造成严重的腐蚀;较大泄漏会直接造成高压窜低压，酿成伤害事故，这是化工行业大忌。这种内漏从外面是无法发现的，只能依靠蒸汽冷凝系统各段管线上的电导率在线分析数据来判断，若电导率异常，则需针对性地取样分析铵根、微量尿素含量，从而确定池式反应器内部是否出现泄漏。在确定出现泄漏后，最重要的就是迅速停车排放，并将系统中冲洗置换干净，再来根据情况分析原因，组织检查和检修，采取直接有效的措施消除漏点，就能改善装置运行状况，保证整个系统的长周期稳定运行。
参考文献
[1]王淑霞，粟升，鄢俊强，刘兵，牙夏尔.尿素装置蒸汽冷凝液污染问题及措施[J].氮肥技术.2020（01）.
[2]李文强，谢鸿适，张浩.蒸汽冷凝液电导率超标问题的分析及处理[J].石油化工应用.2015（06）.
[3]钟秀兰.浅析尿素装置工程建设的质量控制[J].化肥设计.2008（04）.
[4]马广超.2000+CO2汽提工艺池式反应器的设计缺陷[J].化工设计通讯.2019（09）.
[5]中国石油塔里木油田石化分公司. 日产2640吨尿素装置资料汇编.2012.