程 萍，谢鸿适

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

中国石油宁夏石化公司化肥三厂45/80 大化肥项目于2018 年4 月26 日一次投料成功，5 月9 日装置全流程打通产出成品尿素。尿素装置高压系统的核心设备─高压洗涤器，其作用是部分洗涤合成气中的CO2与氨，然后将洗涤后的浓甲铵液经高压喷射器返回到高压甲铵冷凝液器、尿素合成塔，继续参与反应。但是在运行过程，自尿素投料以来，其尿素系统的出气温度严重超标；高压系统压力超标，没有控制余量，低压系统负荷不堪重负，严重影响了系统的运行。于2018 年6 月8 日对洗涤器E3203 顶部人孔进行拆除，发现上部防爆空间内的筒体失稳。

1 流程及设备简述

1.1 工艺流程简述

从合成塔出来的工艺气，先进入高压洗涤器（E3203）上部的防爆空间，作为防爆的惰性气体，然后从防爆空间出来通过自循环管线到达下部浸没式冷凝器，与从中心管流下的甲铵液在底部混合。由于冷凝器充满了甲铵液，气体在列管内鼓泡和甲铵液一起并行上流。气体中的NH3和CO2大部分在这里被冷凝，冷凝和反应放出的大量热量被壳侧的高压调温水带走。

在下部浸没式冷凝段未能冷凝的气体，进到中部的鼓泡段。经鼓泡吸收后的气体，含有少量的氨和二氧化碳送往第一吸收塔（C3201）。

从高压洗涤器（E3203）上部空腔中部溢流处的甲铵液，其压力与合成塔顶部的压力相等。用高压喷射器（J3201）将其引入较高压力的甲铵冷凝器（E3202）（约高处0.3 MPa）。来自氨泵P3101A/B 的液氨，压力约为18 MPa，进入高压喷射器，作为喷射动力源，将高压洗涤器（E3203）来的甲铵送入甲铵冷凝器（E3202）内。

1.2 设备简介

高压洗涤器（E3203）为立式列管式换热器，由三部分组成：上部为预防爆炸而充以惰性气体的空间，防爆空间，中部为鼓泡吸收段，下部为管式浸没冷凝段。

换热管总根数682 根，换热面积286.6 m2，管程介质为尿素、氨、二氧化碳、甲铵液等；壳程介质为高压调温水（见表1）。

表1 换热器技术参数表

2 故障现象

系统2018 年5 月28 日投料运行60 h，发现高压洗涤器下液温度TI3219 偏高，在176 ℃左右（设计165 ℃），出气温度TI3215 偏高，在175 ℃左右，最高达到181 ℃（设计115 ℃），严重偏离指标。高压调温水进出口温度投料后期无温差、正常生产时温差偏小，并且高压调温水温度调整难度大。高压系统压力PI3205 偏高，75 %负荷下高压系统压力PI3205 在13.5 MPa 左右，高压放空阀HV3205 阀位开度已达到100 %，没有调节余量；C3201 液相温度高达80 ℃（设计50 ℃）。

3 原因分析

从这些现象进行分析，初步判断高压洗涤器设备内部出现故障，利用停车时机对高压洗涤器填料段、小人孔、中心降液管等内部部件进行检查确认，发现设备内件气液分离段严重变形，防爆空间内出液管线接口焊缝开裂。

3.1 工艺流程分析

变形主要集中在冷凝器上管口至冷凝液下液口之间的气液分离段，说明分离段内外出现压差，导致分离段筒体严重失稳（见图1、图2），其人孔变形（见图3），下液管线管口焊缝开裂（见图4），体现在工艺上就是大部分合成气走短路，未经冷凝段进行冷凝直接进入冷凝器上气液分离空间，使E3203 下液温度TI3219 偏高，排放尾气温度TI3215 偏高,高压调温水温差小或无温差。同时，由于高压洗涤器未冷凝，造成高压系统压力偏高，致使高压放空阀无法关小，HV3205 开度一直在100 %。

3.2 失稳受力分析

原设计中，气液分离筒体内外无压差，但是在实际运行中内外一旦形成较大的压差就会对设备造成损伤：E3203 气液分离筒体内通过控制阀门泄压到第一吸收塔，其压力在0.35 MPa，而高压合成塔送来的气相则是高压压力，达到13.5 MPa；其下液管内连接的是高压喷射器，其HV3217 喷射形成的抽真空压力也是高压压力；因此筒体在其内外压差下，导致了其失稳；而筒体与出液管线是焊缝连接，筒体的失稳必定牵引到下液管线，导致连接的焊缝受拉应力作用开裂。

图1 气液分离段变形

图2 筒体内部变形情况

图3 筒体上人孔变形

图4 出液管线焊缝开裂

图5 气液分离段焊缝

图6 下液罐焊缝

3.3 高压洗涤器列管结晶

通过中控DCS 趋势分析造成变形的主要原因由于装置在没有蒸汽的情况下封塔时间长（60 h），造成高压洗涤器大部分中部鼓泡段的列管及中心下液管结晶，排塔结束后又未及时进行热煮冲洗，造成了原来的流程管路不畅，当装置投料后高压放空阀HV3205 突然开大，而高压喷射器HV3217 喷射形成的抽真空压力较高，于是使得高压洗涤器的气液分离空间压力降低，内外形成压差，导致气液分离段严重变形。

4 措施

4.1 降低高压洗涤器液位

在系统不同情况制定不同措施以控制高压洗涤器的液位：运行情况下，控制高压喷射器HV3217 压差小于2.0 MPa；在装置低负荷（70 %）运行时，控制高压调温水的进口温度TI3209 在120 ℃，装置高负荷（80 %以上）运行时控制高压调温水的进口温度TI3209 在110 ℃；随高压系统负荷的波动，及时调整高压调温水温度，保证温差正常，将氨预热器控制液氨温度在100 ℃～105 ℃。当装置在封塔停车后，高压氨泵运行一段时间将高压洗涤器液位出液管液位LI3204 显示为零时，再停运，避免高压洗涤器因温度低而结晶。每次封塔必须打开高压洗涤器排放，经过排塔管线排放0.5 h以上，将高压洗涤器液位排空。

4.2 提高系统转化率

优化系统工况，提高高压系统氨碳比在3.0～3.3，关小高压放空阀和第一吸收塔放空阀位。

4.3 增设高压洗涤器到高压喷射器管线的钴源液位计，监控液位

利用技术改造将化肥二厂原有高压洗涤器的钴源进行利旧，增加高压洗涤器钴源液位计。在高压洗涤器到高压喷射器管线增加钴源液位计，这样就能更好的判断高压洗涤器液位情况，不仅可以降低空塔开车置换时间，而且还能根据液位及时调整高压就地放空，调整高压系统压力。

4.4 避免列管结晶措施

根据上述原因分析，针对停车过程中，高压洗涤器列管结晶的可能，完善操作规程，在操作规程中增加操作注意事项。尤其是在高压系统停车操作程序中增加应对E3203 结晶的措施，对E3203 整体冲洗两遍。如：在E3203 排放管线冲洗后，关闭第二道排放阀，向E3203 充液，待出液管线温度测点TI3219 温度发生明显变化后停止充液，开第二道排放阀，排放E3203，排放10 min 后按同样操作再充液排放一次，关闭第二道排放阀，向E3203 充液5 min 后停止充液。

4.5 制作新的套筒

按照设计要求，筒体的材质为00Cr25Ni22Mo2 不锈钢，厚度5 mm，焊接材料E25.22.2LMnB（原BM310Mo-L），所有焊缝采用全焊透结构。重新制作的气液分离筒体，利用检修机会，重新安装完成。

5 效果及验证

2019 年4 月，装置进入开车阶段，鉴于之前发生过高压洗涤器故障，岗位操作人员严格按照已定的操作规程进行操作，尿素系统开车顺利进行，高压系统压力及高压调温水温差均在控制范围，截止8 月装置完成了既定的生产任务。

在2019 年9 月停车检修期间，对高压洗涤器内件进行检查，筒体封头情况（见图5），出液管线焊缝（见图6）均完好无损，证明了上述原因分析是正确的，其整改措施针对高压洗涤器上部防爆空间内的气液分离罐筒体变形是有效的且效果显著。