氨预热器列管泄漏处理及原因分析

王秀成，高青宇

（陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西 渭南 714000）

1 概 述

陕西渭河煤化工集团有限责任公司（简称渭化）1760t／d尿素装置，采用日本东洋工程公司的ACES尿素工艺，于1995年建成投产。随着服役时间的不断延长，高压圈核心设备腐蚀严重且进入腐蚀加剧期，系统故障率逐年升高，其他设备也存在着诸多问题。

氨预热器是一台固定管板式列管换热器，换热管规格为φ16mm×2.8mm，换热管长度为6000mm，换热管材质为10＃钢（软铁），共178根，其换热面积为50.9m2；设计管程压力19.4 MPa、壳程压力0.4MPa，管板、封头材质为20MnMoⅣ，壳体材质为Q345R。氨预热器位于尿素合成系统，采用蒸汽冷凝液（压力为0.1 MPa，其状态不稳定，可能存在气液混合状态）将氨给料泵（GA101A／B）送来的10～40℃（压力为17.7MPa）液氨加热到51.1℃，然后送入尿素合成塔（DC101）底部参与合成反应。原氨预热器由于服役时间较久，换热管角焊缝泄漏问题频出，严重影响尿素装置的长周期、稳定运行，于2014年6月安装投用了新氨预热器；2016年3月进行新氨预热器的首次检验，由于其前期运行状况良好，并未对其列管进行壁厚与缺陷检测；但在其后的2016年8月—2017年5月，氨预热器多次出现爆管泄漏事故，经分析，最终确认是其壳侧蒸汽冷凝液入口防冲板存在严重的设计及安装缺陷所致。

2 氨预热器列管历次泄漏经过及处理

2016年8月13日05∶41，氨预热器发生泄漏，且壳程安全阀（SV107）启跳。尿素装置紧急停车检修，对氨预热器置换合格后，打开设备上、下封头，查漏发现靠近冷凝液进液管口最近的1根换热管爆管，当时分析爆管原因是换热管存在未检出的原始缺陷，投用后温度、压力的交变导致缺陷扩大乃至爆管。于是对泄漏换热管进行了堵管处理，如图1中的管①。

图1 氨预热器上管板俯视图

2016年9月1日03∶07，氨预热器再次发生泄漏，安全阀（SV107）启跳。打开设备上、下封头，查漏发现靠近冷凝液进液管口最近的另1根换热管爆管，如图1中的管②。经分析，怀疑蒸汽冷凝液防冲板脱落，于是拆卸冷凝液入口切断阀（4″、150LB法兰闸阀），发现防冲板设计及安装方面存在严重缺陷，如图2所示。经商讨，我们计划更换设备，为了给更换设备赢得缓冲时间，决定先采取临时措施，除将泄漏换热管进行堵管以外，另外再堵管13根（如图1中圆形标记部分），至此共堵管15根。

图2 氨预热器壳程蒸汽冷凝液管口图

2016年10月，氨预热器壳程蒸汽冷凝液系统关联系统冷凝液电导率升高，经排查，确认氨预热器再次出现泄漏，但泄漏量微小，我们对氨预热器进行监护运行。2016年11月借停车机会，打开设备上、下封头，查漏发现第2排列管出现泄漏，再次堵管11根（如图1中方形标记部分），至此共堵管26根。

2017年4月1日，氨预热器又出现泄漏，系统停车查漏发现，之前未发生泄漏而堵管的换热管出现了泄漏，泄漏原因为焊接质量问题。

3 原因分析

由图2可见，蒸汽冷凝液防冲板为管束与筒体装配完成后加焊安装。虽然防冲板外表面到设备筒体内壁的距离不小于接管外径1／4，满足防冲板四周流通面积不小于进口管流通面积的要求，但防冲板直径远小于接管外径，不满足大于接管外径50mm的要求［据《管壳式换热器》（GB151—1999）］。由此，防冲板不仅失效，反而加剧了蒸汽冷凝液对靠近进液区换热管的冲刷作用，造成换热管逐排冲刷穿透。

经查阅资料与核对图纸，发现原设计图中蒸汽冷凝液进液管口方位与换热管布管弓高方位对应，排气管口位于蒸汽冷凝液进液管口顺时针90°方位；而设备制造厂的管板供货商提供图样中已将排液、排气孔加工完成，方位位于布管弓高方位，设备制造厂为满足现场原管口方位安装条件，未与我方沟通，制造时违背了冷凝液进液管口方位对应换热管布管弓高方位的原始设计要求。另外，由于布管尖部方位离设备筒体内壁较近，蒸汽冷凝液进口管处无法安装符合设计要求的防冲板，最终出现了如图2所示的安装情况。

4 设备更换

自发现氨预热器蒸汽冷凝液防冲板存在设计及安装方面的严重缺陷后，我们就开始准备设备更换工作。经过与设备制造厂沟通，在设计阶段即对管口方位进行了合理调整：蒸汽冷凝液进液管口位于布管弓高对应方位，壳程排气管口位于蒸汽冷凝液管口180°方位上方，蒸汽冷凝液出液管口位于蒸汽冷凝液管口180°方位下方，壳程排液管口位于蒸汽冷凝液管口下方。新设备安装时，其壳程以蒸汽冷凝液进、出口管口方位为基准，对排液、排气管线重新进行了配管。2017年5月，利用尿素装置中修停车机会，我们对氨预热器进行了整体更换，蒸汽冷凝液防冲板得以合理安装，防冲板起到有效防冲的作用，避免了换热管冲刷泄漏事故的再次发生。

5 经验教训

（1）采购换热器类设备时，在设备设计联络阶段要严审图纸，对总图与零件图中管口方位、定位尺寸等要进行严格比对，以免发生冲突而出现返工或废料的情况；设备出厂检验时，在做强度、密封试验前，要对布管方式、对应管口方位、管口定位尺寸等进行确认，以便在制造厂对发现的问题及时予以解决。

（2）对换热器类设备，据运行工况、介质情况，除对设备严格执行定期检验外，对换热管（尤其是重点设备的）也要定期进行涡流检测，以确认换热管壁厚与缺陷情况。

（3）对含防冲板的换热器类设备，要定期检查防冲板的冲蚀及固定情况，及时焊接、加固及处理其他缺陷，防止出现防冲板脱落、击穿等状况，以免发生换热管穿透或爆管等更大问题而危及人身与设备安全。