翟建伟，王朝亮，付荣申

(1.海洋石油富岛有限公司，海南 东方 572600；2.中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

海洋石油富岛有限公司(以下简称富岛公司)二期2 700t/d尿素装置已运行18年，尿素高压设备进入寿命后期。2017年大修检测发现，尿素合成塔内部衬里出现局部腐蚀缺陷，日常维护检查，需要提高设备检漏排查的及时性、有效性和可靠性。原检漏方法非在线而且不能连续监控，间隔取样时间长、误差大。2020年7月，改造为中国五环工程有限公司专利设备“在线氨泄漏检测系统”，调试合格投用。高压设备在线氨泄漏检测系统，提供高压圈设备在线泄漏监测的一体化解决方案，能够把由于设备泄漏造成的安全事故的概率降到最低，符合国家对尿素高压设备日常维护和安全管理的要求。

1 尿素装置高压设备检漏概述

1.1 尿素装置高压设备检漏的必要性

尿素生产装置高压系统主要包括尿素合成塔、汽提塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器等4台设备[1，2]。在正常生产中，高压设备都处在高温、高压和强腐蚀工作环境之中，其运行状况对尿素装置的安全生产起着至关重要的作用，所以生产中有必要对4台高压设备本身的性能状况进行监测。由于尿素高压设备工作条件恶劣，加之平时生产中难免出现超温、超压，氨碳比、水碳比、防腐氧含量等物料轻微失调，以及检修中留下的缺陷，这些都会造成设备衬里的腐蚀加剧，严重时发生泄漏。当设备发生泄漏时，若不能及时发现并处理，则泄漏会不断扩大。泄漏的介质还会将设备外壳的碳钢层腐蚀穿透，甚至产生爆裂现象，以至造成恶性的安全、环保事故。所以检漏系统的作用就是当高压设备的衬里发生泄漏时，能及时发现并立即停车，排放后进行维修，防止泄漏不断扩大，确保不会由于泄漏而发生安全事故。

1.2 尿素装置高压设备检漏原理

高压设备筒节衬里上典型的检漏通道[3，4]见图1，高压设备衬里由衬板焊接而成，因此衬里的焊缝为整个设备的最薄弱处，故检漏通道基本都是沿焊缝设置在衬里的外表面，每个衬板的检漏通道组成的回路称为一个检漏分区，各检漏分区均在设备外壳上设置检漏口(图1中 A1、A2、B1、B2)。检漏系统的基本原理如下：将发生在衬里焊缝处的泄漏介质通过设置的检漏通道引出来，连接在检漏口的检漏管，将检漏通道内的泄漏介质引至设备外分析仪表处，分析仪表检测到泄漏介质即可进行显示、报警等，从而实现对高压设备衬里的状态监测。

图1 高压设备衬里检漏通道

1.3 高压设备检漏介质的选择

传统检漏系统的循环气体一般采用蒸汽，缺点有以下几点：①蒸汽系统为调节冷凝液pH值加入一定的氨水，影响分析结果；②易携带腐蚀性介质进入设备(如氯离子、硫化物等)，对不锈钢衬里带来应力腐蚀风险；③蒸汽冷凝液可能与泄漏介质生成氨水、碳酸等腐蚀性介质，造成塔体的腐蚀风险；④蒸汽压力高，停车过程因操作失误而损坏设备衬里。

综上原因，传统检漏蒸汽作为介质有风险。随着工艺技术的不断改进和对高压设备安全性认识的不断提高，氮气作为检漏介质从经济性、稳定性和腐蚀角度考虑，已被普遍接收使用[5，6]。

2 尿素高压设备原检漏方法及存在问题

2.1 高压设备原检漏方法

高压池式冷凝器303C和合成塔301D采用全人工操作检漏，该检测系统从公用站引用氮气，氮气由总管分布到支管进入设备的各检测点，氮气总管上有调节阀和压力表，用来调节氮气的压力，从各检测点出来的氮气支管汇总到一个检漏槽中(见图2)，检漏槽中的水为蒸汽冷凝液，液位淹没支管的出气口，各支管上有表示检测位置的编号。

操作方法如下：先将检漏槽的水进行更换，通入氮气，调整氮气总管的压力在30kPa，氮气通过支管通向衬里各个检测点，再返回至水槽中(见图3)，检测过程中，要确认各个支管冒泡均匀且连续，持续3～5min后，取水槽的水样送检，分析氨含量，根据氨含量判断设备泄漏情况。

图3 检漏管编号

2.2 原检漏方法缺点

2.2.1 检漏介质压力无法监控

国内出现很多尿素高压设备衬里因检漏过程介质压力控制不当，造成设备内部衬里损坏、变形的案例。人工手动检漏过程，需要严格控制检漏介质压力不高于50kPa，在未改造在线氨检漏系统前，人工检漏没有在线仪表远程监控，异常压力会损害设备衬里。

2.2.2 不能连续监测

原高压池式冷凝器采用直接检测法，每周二对检漏槽中的冷凝液进行分析。如果只依靠分析数据判断衬里完好性，不能满足对衬里泄漏发现的及时性。其他时间只能依靠巡检过程中的目视检查，但包括泄漏的甲铵液将检漏管堵塞等现象，并不能从外观目视判断，存在检测盲区。

2.2.3 分析偏差大

合成装置蒸汽系统调节pH值加入的氨水量，影响蒸汽冷凝液中的游离氨含量，会造成分析偏差。由于检漏槽为敞开式容器，蒸汽冷凝液随时间及温度变化，氨从冷凝液中析出，导致分析检测效果不准确。外部氨进入检漏槽，使蒸汽冷凝液中氨含量变化，导致分析检测效果偏差。

2.2.4 检漏介质分布不均

人工手动检漏，衬里进气口集成在一条总管上，因设备检漏位置及检漏管长短不同，检漏介质在设备内的阻力也不同。相同检漏压力下，会出现有的检漏管出气、有的没有出气的现象。介质压力高出气量大，检漏槽内鼓泡大，影响对其他检测管的检查判断。设备上单个检漏管就没有办法检漏。

3 在线氨泄漏检测系统应用

3.1 在线氨泄漏检测系统流程介绍

从公用站引入的氮气，经过滤减压后送至检测系统总管，总管上安装有弹簧管压力表和U型管压力表，总管上还有一根管深入呼吸水槽中，通过水槽的液位产生的静压保证总管内氮气的压力，水槽的水为循环冷却水，氮气总管分出若干支管通向各个检测点，各支管上有转子流量计，正常运行时，通过调节浮子的位置来控制进入各检测点的流量，各检测点返回的氮气再次汇集到总管中，因为氮气流通过程中吸收热量，温度较高，返回总管上设置有换热器，经过降温后进入氨检测仪表，检测氮气中的氨含量，检测后的气体排入大气中，高压设备在线氨泄漏检测系统在中控室设有报警装置，当氮气中氨含量达到一定数值后触动报警器。在检测器前设有标定气入口，用来校验氨检测仪表。高压设备在线氨泄漏检测系统流程见图4。

图4 高压设备在线氨泄漏检测系统流程

3.2 在线氨泄漏检测系统的投用方法

高压检测系统投用前，先投用换热器循环水、呼吸水槽，根据氮气控制压力加水至有水溢出。第一次使用时，在不投用氨检测表的情况下，用氮气置换管路及设备夹层2h，把系统内部的空气全部置换。系统置换完成后，氮气压力调整到2kPa左右，最大不超过5kPa，各支管氮气流量设定为60～70mL/min，转子流量计的浮子在中间位置，确定系统运行无异常后，投用氨检测仪。

3.3 在线氨泄漏检测系统的日常维护

工艺人员巡检维护，检查氮气总管的压力是否在2kPa，各支管流量计的流量正常，确认检漏氮总管压力表指示和压差计指示相同。定时往液封水槽中补水，至溢流口有水溢出，保证水位正常。

3.4 在线氨泄漏检测系统的特点

与原手动检漏操作相比，在线氨泄漏检测系统具有以下特点：检测灵敏度高，当塔体衬里有泄漏发生时，进入筒节盲层板内检漏通道的循环媒介可及时把泄漏介质引出筒节，氨检漏系统会立即分析氨含量并发出报警。远程监控功能，检测数值以电信号送入DCS控制系统，能随时监控氨检漏分析仪的数据变化情况。性能安全可靠，该系统为全封闭系统，不受外界的影响，检漏氮气压力三重防护控制，自动排放泄压。泄漏后方便查找，对检漏管进行分组检漏，按组切除系统排查，提高效率。

3.5 在线氨泄漏检测系统应用效果

2020年6月，富岛公司用一周时间将设备全部安装、调试完成。该系统自动化程度高、结构简单、操作简洁。在线氨泄漏检测系统投用近一年来，运行效果良好，通过与取样分析数据作对比，系统检测的数据精度更高，同时该系统还会自动生成历史趋势，减少复杂的人员操作，也增强了系统的安全性，符合企业安全意识日益提升的要求。

在线氨泄漏检测系统只分析检漏氮气中氨含量，如果检测仪表故障失灵，缺少备用对比手段。目前，富岛公司每3个月用浓度为150×10-6标定氨气，校正1次检测仪；每周增加1次检漏氮气中氨含量手动分析；岗位人员巡检过程中，使用便携式氨测量仪检查确认。

4 结语

尿素高压设备衬里腐蚀一直是尿素工艺发展瓶颈，除生产中控制运行环境、减缓衬里腐蚀外，更应该采用先进的手段对设备衬里进行监控预防。高压设备在线氨泄漏检漏系统流程设计合理、工艺操作方便、设备维护简单、系统安全性高、检测可靠性好，投入运行一年稳定可靠。本项目采用的国产化新技术、新工艺为用户节约投资百万元。