合成氨装置高压废热锅炉常见故障及处理

2023-10-26张林

设备管理与维修 2023年17期

张林

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

1 概述

中海石油化学股份有限公司海南基地二期装置设计年产45万吨合成氨，其蒸汽系统共分三个等级：高压（12.0 MPa、510 ℃）、中压（4.55 MPa、387 ℃）、低压（0.345 MPa、150 ℃）。合成装置产生高压过热蒸汽用来驱动2 台高压蒸汽透平，做功后中压蒸汽作为工艺蒸汽和驱动7 台中压透平，同时提供尿素装置所需的蒸汽。产生的低压蒸汽供给所有公用站、密封蒸汽、灭火蒸汽、汽提蒸汽。其中高压蒸汽是利用工艺回收热在3 个蒸汽发生器中产生的，1 个在二段炉出口，其他2 个分别在高变炉出口和合成塔出口，产生的高压蒸汽首先在102C 中过热到369 ℃，随后在一段炉对流段加热到510 ℃后再送到各个用户使用，其流程如图1 所示。中压蒸汽由1 台设计能力为60 t/h、4.85 MPa、389 ℃快装锅炉提供，开车期间用于建立蒸汽管网。

图1 蒸汽及锅炉给水系统流程

2 废热锅炉常见故障及处理

2.1 炉水侧封头隔板冲刷腐蚀导致炉水侧走短路

高压废热锅炉水侧封头隔板冲刷腐蚀现象较为普遍，因受气、液两相变化冲击、开停车的热应力变化，封头隔板极易损伤，特别在123C1/2 合成塔出口高压废热锅炉上较为严重。

因合成塔在开车升温阶段开始反应产热时热应力变化较大，水量控制在小阀位波动大，导致123C1/2 温度变化大，经常出现上下波动的情况，易造成封头隔板损伤。针对此情况优化了合成塔升温步骤，初期利用大气量进行升温，在开始反应时因前期合成回路导入气量大、产热多，对水的需求多，可以避免小阀位控制，且大气量操作可以避免在后期合成回路加负荷时产生二次波动，使123C1/C2 温度控制趋于平稳。同时针对已经对隔板造成冲刷腐蚀的区域，对封头隔板整体打磨掉一层，升级材料，增加堆焊强度防止冲刷腐蚀，通过处理取得了比较好的效果，封头隔板未再出现大面积冲刷腐蚀的情况，合成废热锅炉部件及焊接材料统计见表1。

表1 合成废热锅炉部件及焊接材料统计

2.2 锅炉给水侧换热管管程泄漏

锅炉给水侧换热管出现泄漏一般直接采用堵管处理。2012年7 月，103C1 出现过换热管爆管，当时装置出现的现象是工艺气冷凝液量逐步增加、高压蒸汽系统产汽量下降，装置无法维持运行被迫停车。检修时经涡流检测、超声检测、试漏检查发现换热管爆管13 根，造成泄漏。

根据列管的缺陷形状及位置，经过分析泄漏原因是列管与分布器接触位置长期摩擦，造成局部损伤，最终造成穿孔。针对这些存在泄漏的换热管，通过对换热管管端进行堵管处理，解决了锅炉给水侧换热管泄漏的问题（图2）。

图2 锅炉给水侧换热管局部堵管

2.3 水侧管线与废热锅炉法兰连接处泄漏

2006 年101C、103C1、123C1 均出现连接法兰处泄漏，且在线热紧已不能消除漏点，需通过在线做夹具堵漏。在2006 年计划检修中对垫片进行了整体更换，彻底消除泄漏隐患。

对水侧管线与废热锅炉法兰连接处泄漏的原因进行分析，发现主要原因在于安装时的螺栓热紧时间及开停车过程中的升、降温速率控制。针对上述问题，制定了严格的热紧时间及稳定的开停车升、降温速率，优化操作流程。改进实施以后，未再出现以上泄漏情况。

2.4 炉水侧换热面结垢

炉水侧换热面结垢在高压锅炉废锅系统中是较为常见的故障，也是直接影响高压蒸汽产汽量下降的根本原因。在以往的大修过程中，均会对高压废锅进行抽芯处理，抽芯后利用机械水射流清洗换热器列管、内窥镜抽检换热管内壁。但是机械水射流清洗只对松软的垢层清除效果明显，而换热管内壁较硬的垢层极难处理干净，每次检查在管壁内部及死角处清洗效果都不理想。

2019 年4 月化肥二部合成氨装置首次采用化学清洗的方式来解决水侧结垢问题，具体化学清洗过程、流程如下：临时配管—水冲洗/带压检漏—碱洗—碱洗后水冲洗—酸洗—酸洗后水冲洗—漂洗中和—钝化处理—人工清理及检查验收。

化学清洗过程使用药品及产生的废液量统计见表2。

表2 药品及废液量统计

通过观察锅炉内壁及管板清洗效果可以得出，141D 内黑色软垢已清理干净，内壁呈现出黑亮金属色，123C1、103C1 管板表面清亮无污垢（图3）。清洗后，高压蒸汽系统产汽量增加3～4 t/h。

图3 锅炉内壁及管板清洗效果

2.5 气侧换热面结垢

历年装置检修在高压废锅进行抽芯时对气侧换热面结垢情况进行检查，气侧换热面结垢不是十分明显，表面只有一层浮尘，用手即可轻松的抹去显现出设备本色。通常的处理方式是工艺人员对壳侧的表面进行擦拭，对壳程底部的积灰进行彻底清理，管程气侧通过机械水射流清洗即可达到良好的效果。工艺气侧换热面结垢情况清理前后对比如图4 所示。

图4 工艺气侧换热面结垢情况清理前后

2.6 工艺气侧气体走短路换热效率下降

2006 年以前高压废锅管束外侧只有折流板来控制工艺气侧的气体分流导向，折流板与壳侧之间所留的间隙较大，工艺气极易走短路，不能达到理想的换热效果。通过与厂家沟通交流，设备人员提出在折流板上增加叶式密封来减小孔隙率，避免气体走短路，增加气侧的换热效率。2006 年3 月分别对103C1C2完成管束增加叶式密封改造。2009 年3 月，对123C1C2 完成管束改造叶式密封，新增叶式密封具体样式如图5 所示。