张伟华，陈 行，石 磊

(中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100)

0 引 言

中海石油华鹤煤化有限公司(简称华鹤煤化)300 kt/a合成氨装置、520 kt/a大颗粒尿素装置于2015年5月9日成功投产。其中，合成氨装置变换系统采用一段宽温耐硫变换串一段低温耐硫变换工艺(使用钴钼系耐硫变换催化剂)，变换系统余热采用多级换热回收利用方式；低压废热锅炉(简称低压废锅)作为变换反应热余热回收设备之一，副产低压蒸汽并入低压蒸汽管网。低压废锅属变换系统重要设备，一旦发生泄漏会对整个蒸汽和冷凝液系统造成影响，大大增加系统运行成本，影响系统的安、稳、长、满、优运行。2022年3月，变换系统运行过程中，低压废锅发生泄漏，华鹤煤化通过开大现场蒸汽放空阀、按时对蒸汽冷凝液电导率进行分析等特护措施短时维持系统运行，变换系统及后系统停车后低压废锅交付检修。以下对有关情况作一介绍。

1 低压废锅副产低压蒸汽及冷凝液系统概况

来自管网的锅炉给水，经低压锅炉给水预热器预热后，1.3 MPa、105 ℃的锅炉给水进入变换系统低压废锅，在低压废锅内利用变换反应热副产0.6 MPa、165 ℃的低压饱和蒸汽，送至低压蒸汽管网。低压蒸汽管网内的低压蒸汽送至各岗位用于伴热，包括变换伴热站、酸脱伴热站、液氮洗伴热站、合成伴热站、二氧化碳压缩机组伴热站、尿素伴热站、外管廊伴热站、硫回收伴热站、气化伴热站，伴热后产生的低压蒸汽冷凝液(进界区压力≥0.27 MPa、温度约140 ℃，流量220 m3/h)经工艺冷凝液换热器(E24001)与脱盐水换热后降温至80 ℃左右，接着进入工艺冷凝液换热器(E24002)与循环水换热降温至40 ℃左右，再进入冷凝液水箱(T24001)，然后经冷凝液提升泵(P24001A/B/C)送入精密过滤器(S24001A/B/C)除去其中的悬浮杂质和部分铁离子(过滤精度5 μm)，精密过滤器出水与阴床出水一并进入混合离子交换器(R24003A/B/C/D)除盐，出水达到二级脱盐水指标后送至脱盐水箱(T24003A/B)，最后由脱盐水泵(P24002A/B/C)提压至0.9 MPa后送至界区外各脱盐水用户。

2 事故现象与事故判断

2.1 事故现象

2022年3月7日04:00—3月8日00:00，华鹤煤化水处理装置工艺冷凝液电导率异常上涨，由7.24 μS/cm缓慢上涨至35 μS/cm(要求工艺冷凝液电导率<10 μS/cm)，于是排查装置内所有蒸汽冷凝液系统，同时收集装置内关联设备的运行情况，具体如下。

2.1.1变换凝结水回收器

变换凝结水回收器用于接收各变换蒸汽伴热站回收的冷凝液，通过冷凝液泵送至水处理装置。当时正值鹤岗冬季，整个变换系统伴热全部投用，2022年3月6日，现场检查凝结水回收器运行温度90 ℃、压力0.2 MPa，液位控制在50%，外送冷凝液泵运行稳定；2022年3月8日，现场检查凝结水回收器运行温度135 ℃、压力0.4 MPa，液位在0～100%之间波动，外送冷凝液泵振值较高而打量波动较大，且由于凝结水回收器压力和温度升高，冷凝液无法正常送入冷凝液管网，凝结水回收器需反复切除、泄压、排液后重新投用。

2.1.2合成气压缩机组汽轮机

2022年3月7日04:00—3月8日00:00，合成气压缩机组汽轮机真空度发生间断性波动——大致由-0.083 MPa降至-0.068 MPa，汽轮机不得不通过反复调整转速与负荷以控制其真空度。

2.2 事故判断

上述事故现象表明，冷凝液系统中含有不凝气，冷凝液电导率上涨为真值，随即对变换系统换热器(低压废锅、中压废锅、蒸汽过热器)和锅炉给水换热器(中压锅炉给水预热器、低压锅炉给水预热器)进行排查。

2.2.1变换系统换热器

中压废锅副产中压蒸汽、低压废锅副产低压蒸汽及蒸汽过热器出口中压蒸汽取样分析结果显示，低压废锅出口低压蒸汽中CO、H2、不凝气含量分别为0.72%、53.75%、120 mL/m3，即低压废锅产生的低压蒸汽中含有少量的不凝气，不凝气中含有可燃气(CO和H2)；中压废锅、蒸汽过热器出口中压蒸汽中CO和H2均未检出，无不凝气；低压蒸汽管网其他位置取样均未发现有可燃气。初步判断低压废锅存在轻微内漏。

为进一步确认低压废锅是否存在内漏，将低压废锅副产低压蒸汽就地放空阀打开排放，于2022年3月12日16:00—3月13日12:00连续进行数据分析：脱盐水系统冷凝液与透平冷凝液电导率大致由40 μS/cm缓慢降至10 μS/cm，趋于正常；同时，调整低压蒸汽放空量，冷凝液电导率随蒸汽放空量呈反比例变化。再次表明低压废锅存在内漏。

2.2.2锅炉给水换热器

3 低压废锅内漏的危害

(1)低压废锅内漏，放空部分低压蒸汽会导致系统能耗增加，不放空又可能导致低压蒸汽中窜入可燃气，降低蒸汽品质，蒸汽中因含有不凝气致蒸汽换热器换热效果变差，严重时可能造成设备损坏及人身安全事故；另外，低压废锅内漏可能造成低压蒸汽流量、压力、温度大幅上涨，致使各仪表点损坏，还会导致低压废锅安全阀启跳，甚至有发生低压废锅管束爆管的可能。

(2)低压废锅内漏，工艺气窜入低压蒸汽中，低压蒸汽中可燃气(CO、H2、H2S、NH3等)含量升高，低压蒸汽现场排放可能危及环保及巡检人员的人身安全；现场排放/泄漏蒸汽处附近若有动火、临时用电等特殊作业，可能引发着火、爆炸等安全事故。

(3)低压废锅内漏，轴封蒸汽品质下降，对汽轮机轴封密封面产生影响；真空抽气器低压蒸汽品质下降，易导致抽气器真空度下降，造成合成气压缩机组汽轮机振动，影响汽轮机的运行；表冷器内结垢可能性增大，对其换热效果以及机组真空度产生影响，增加系统能耗，机组进汽量大，并形成恶性循环；排放液氧时空分喷射蒸发器使用的是低压蒸汽，低压蒸汽中含有的可燃气与高纯度氧气混合有爆炸风险。

(4)低压废锅内漏，若低压蒸汽冷凝液处理不达标会致锅炉给水超标，超标锅炉给水送至锅炉产汽最终送至4台压缩机组汽轮机(含合成气压缩机组汽轮机、空压机组汽轮机、CO2压缩机组汽轮机、氨压缩机组汽轮机)，会致汽轮机进汽品质下降，汽轮机转子叶片等处盐分沉积结垢可能性增大，进而造成汽轮机效率降低而能耗增加、轴向推力增加加重止推瓦损耗、汽轮机蒸汽调节阀灵活性变差等，增加机组运行风险。

(5)低压废锅内漏，可能给厂房、泵房内的蒸汽分配站、冷凝液回收站的运行及巡检带来安全隐患。

4 低压废锅泄漏后的应对措施

4.1 特护运行

低压废锅副产0.6 MPa低压蒸汽，低压蒸汽用户是4台压缩机组蒸汽管网中用户最多的层级，遍布全厂各生产系统与整个伴热系统及采暖系统，同时，变换系统运行期间低压废锅无法在线消漏，为维持生产，完成全年生产目标，在保证安全的情况下，经研究，华鹤煤化决定对低压废锅进行特护运行，据其泄漏情况择机处理。具体特护措施如下。

(1)通过脱盐水系统冷凝液电导率(要求冷凝液电导率<10 μS/cm)控制低压废锅现场的放空量，通过低压蒸汽现场放空量判断低压废锅漏点的大小；据水处理装置工艺冷凝液以及透平冷凝液电导率数据，合理调整低压废锅的放空量，减少放空带来的蒸汽损失，并按要求对现场冷凝液进行排放或回收，提前向调度申请，按要求排放。

(3)系统加减负荷需缓慢，防止负荷波动造成低压废锅进出口温差变化而加剧其泄漏；变换系统低压蒸汽导淋保持排放状态，检测变换凝结水回收器排放气中的可燃气含量，每班至少2次对地沟进行测爆，涉及蒸汽系统动火作业的则升级管理，防止可燃气聚集引发次生灾害；每班按要求对中压废锅、低压废锅排污2次(大排量锅炉水调节阀要有开度变化)。

(4)中控(人员)多巡检DCS界面，注意工况变化，注意低压废锅压力(PI04104)、产汽量(FI041025)、锅炉水用量及各阀门开度的变化，并注意中压减低压蒸汽减压站之阀门开度及温度，确保其在工艺指标范围内；现场人员加强现场漏点的监控，有漏点增大迹象时及时汇报。

4.2 系统停车低压废锅交付检修堵漏

2022年3月16日06:00，变换系统及后系统停车，低压废锅交付检修消漏。使用高压氮气对变换系统进行降温、置换，变换系统压力降至0.5 MPa；置换合格后，系统氮气含量>99.5%，泄压至微正压，关闭变换炉进、出口阀，保护变换催化剂。确认低压废锅给水管线界区阀、低压废锅上水阀及旁路阀关闭，关闭低压蒸汽并网阀，打开导淋，打开低压废锅就地放空阀，打开低压废锅排水阀排水、泄压，低压废锅壳程进消防水降温至40 ℃以下，对低压废锅工艺气侧、锅炉水侧、蒸汽侧加盲板进行完全隔离。打开低压废锅人孔，通入仪表空气进行置换，O2含量在19.5%～21.0%、可燃气含量<0.5%时，检修人员进入内部将隔板拆开，进行气密查漏、肥皂水试漏，发现大漏点一处(第44排从左往右数第14根管内部有气体排出)、较小漏点一处(第32排从左往右数第17根管)，为之前处理管束泄漏时焊接堵头焊肉处，有微量气体泄漏，做好标记后设备泄压处理漏点，所使用的堵头材质为316L、规格为φ19 mm×23 mm，焊接方式为氩弧焊，焊丝选用E316L。焊接完毕后，工艺人员进行充压、查漏，确认上述2处漏点已消除，但由于焊接过程中产生的热应力，导致刚焊接堵漏旁边的管束出现了3处新漏点，随即泄压对新漏点处重新进行打磨、焊接堵头，其后气密试验未发现有漏点，回装设备。

2022年3月17日01:00低压废锅漏点处理作业完成，将其并入系统，变换系统顺利重启，开车后对低压废锅运行状况进行跟踪，其运数据如表1。可以看到，低压废锅检修后，其排污pH趋于稳定，排污电导率逐渐降至6 μS/cm左右，不凝气含量逐渐降至0，低压废锅运行状况良好，低压蒸汽及冷凝液系统运行恢复正常。

表1 漏点处理后低压废锅运行数据

5 低压废锅泄漏原因分析

低压废锅管程介质为变换气，主要成分为H2、CO、CO2、H2S、CH4等易燃易爆气体；壳程介质主要为低压锅炉水。低压废锅管束共计1 120根U型管，材质为0Cr18Ni10Ti，管板材质为20MnMoIV+S32168(堆)；废锅内列管高度1.7 m，液位计高度2.94 m，日常液位控制在65%～70%，对应液位计高度为1.91 m以上(高于列管高度)，不会出现列管干烧的情况。低压废锅管程走变换气，设计压力6.6 MPa、实际操作压力5.6 MPa，设计温度290 ℃、实际操作温度238 ℃；壳程走低压蒸汽和低压锅炉水，设计压力1.8 MPa、实际操作压力0.66 MPa，设计温度250 ℃、实际操作温度164 ℃。可以看到，低压废锅实际运行中未出现过超温超压情况，其他工艺运行参数也均在许可范围内。此外，低压废锅排污pH长期在7.9以上，其电导率比较稳定，偶尔出现波动，受锅炉给水中铁离子含量的影响。

2018年7月，低压废锅列管涡流检测报告显示，列管平均壁厚2.04 mm(管束规格φ25 mm×2.0 mm)，管束状态良好，列管未出现均匀减薄现象，无明显缺陷及异常减薄情况，表明列管未受炉水腐蚀。2022年8月，合成氨装置大修期间对变换系统低压废锅所有管束进行涡流检测，发现25根U型管存在缺陷，虽然不是漏点，但涡流检测单位认为存在泄漏的可能，建议堵管，于是对这25根U型管进行了堵管。

综上所述，低压废锅在工艺操作方面如液位控制、操作数据及炉水控制方面未出现异常数据，可以排除工艺操作不当引起设备泄漏的可能；低压废锅历次检修均按有关规程进行，未出现过人为失误致设备损伤的情况。推测本次低压废锅内漏事故为设备设计制造缺陷所致。

6 经验总结

本次华鹤煤化低压废锅内漏事故属比较典型的废热锅炉内漏事故，对蒸汽及冷凝液系统等产生了一系列不良影响，总结内漏事故的处理过程可以得出：内漏初期可通过间断放空低压蒸汽等特护手段短时维持系统生产，但不是彻底解决问题的办法，必要时需及时停车处理，将问题解决在初期，以免问题扩大化；低压废锅或类似设备内漏情况或内漏原因还有很多，日常工作中要加强技术管理，注重工艺指标合格率，发现工艺指标异常时及时分析原因并及时采取应对措施；要做好设备的定期与不定期检测工作，确保设备检修作业规范化等。如此可将设备的运行风险降至最低，保障装置的安全、稳定、优质运行。