卡萨利氨合成废热锅炉内漏工艺处理措施及新型堵漏技术应用

张金辉，郭志强，朱 静

（贵州开阳化工有限公司，贵州 开阳 550306）

贵州开阳化工有限公司500kt／a合成氨装置氨合成系统采用瑞士卡萨利公司15.98MPa低压氨合成工艺，氨合成塔出口第一换热器（废热锅炉）采用卡萨利公司生产的U形管式换热器（工艺气走管程，蒸汽／水走壳程，副产4.0MPa饱和蒸汽），与卡萨利氨合成塔出口采用直角膨胀短节的方式进行连接。该废热锅炉换热面积为420.6m2；管程材质为2.25Cr0.5Mn，工作压力15.5MPa，工作温度448℃；壳程材质为16Mn，工作压力4.1MPa，工作温度251.8℃。2017年7月，在常规分析中发现氨合成废热锅炉出口蒸汽冷凝液电导率、氨氮含量超标，且存在不凝气，水气比为1∶4（体积比），判断废热锅炉发生了内漏。于是，车间将该废热锅炉列入检修计划，并制定了氨合成塔置换与催化剂保护方案及废热锅炉检修方案。

1 卡萨利氨合成系统停车后的置换与降温

氨合成废热锅炉带病维持运行3个月后，2017年10月系统停车对其进行检修。为节约检修时间，减少氮气用量，确保系统置换彻底，进一步提高氨合成催化剂的保护水平与作业人员的安全，此次停车检修采用卡萨利氨合成系统与合成气压缩机联动置换与降温的方式（如图1）。

1.1 合成气压缩机转为内循环状态

系统按计划停车，合成气压缩机切气，一段入口阀（SDV7150）、循环段入口阀（SDV7152）、三段出口阀（SDV7153）按程序自动关闭，其一段入口压力按程序降至2.2MPa，防喘振阀（二回一防喘振FV7180与三回三防喘振FV7181）、氮气副线阀（SDV7151）全开，压缩机转速降至7144r／min运行，合成气压缩机转为内循环状态。

1.2 氨合成塔降压及氨分离器降液位

氨合成塔此时的压力在15.2MPa左右，由氨合成塔塔后放空阀（HV7203）进行放空，将系统压力降至3.6MPa左右，此时高压氨分离器与中压氨分离器的压差在0.1MPa；开高压氨分离器到中压氨分离器的自调阀（LV7211）进行降液位［可以进行窜压带液操作，因为中压氨分离器的正常操作压力为3.6MPa，此时窜压带液操作是安全的］，高压氨分离器液位排空后，关闭高压氨分离器到中压氨分离器的自调阀（LV7211），并关闭手动截止阀；中压氨分离器也尽量降低液位和压力，为前系统的安全、有效隔绝提供进一步的保障。

1.3 氨合成系统置换与降温

确认净化系统与氨合成系统连接的工艺气大阀关闭后，开氨合成系统的精配氮气阀，引氮气到合成气压缩机入口阀前备用，此时合成气压缩机以最小转速7144r／min运行。慢慢开合成气压缩机一段入口电动阀（SDV7150）旁路引氮气，直至电动阀前后压差小于50kPa后，开启电动阀并缓慢关闭旁路阀，检查并确认机组各项工艺指标正常；随后开合成气压缩机三段出口放空阀（PV7159）对合成气压缩机本体进行置换，此时要注意合成气压缩机的各项工艺指标（如各段出口压力、温度及轴振动、位移、转速等）是否在正常指标范围内，如果压力、温度上涨过快，可开一段入口放空阀（PV7155）降低合成气压缩机入口压力。合成气压缩机系统调节正常后，各段间出口进行取样分析，合格（NH3含量、H2含量均为0）后系统进行优化调节，此时合成气压缩机三段出口压力在3.8MPa左右。

图1 卡萨利氨合成系统与合成气压缩机联动置换与降温流程示意图

打开合成气压缩机三段出口阀（SDV7153）旁路阀、循环段入口阀（SDV7152）旁路阀为氨合成系统与合成气压缩机主线电动阀前后均压，压差小于50kPa后开合成气压缩机三段出口阀（SDV7153）、循环段入口阀（SDV7152），并慢慢关闭其旁路阀。

氨合成塔降至常温，合成气压缩机停车并关闭出口电动阀，关闭手动截止大阀。氨合成塔及塔后系统通过放空阀（HV7203）进行泄压操作，压力降至10kPa时关闭放空阀，此时中控室监控好氨合成塔的压力和温度。

1.4 注意事项

（1）在系统降压的过程中，要保证废热锅炉（E7201）管程的压力高于壳程的压力，防止水窜到工艺系统内，置换降温过程中要注意废热锅炉的液位，严禁出现干锅现象。

（2）通过在线分析仪监控氨合成塔进出口H2、NH3含量，当H2、NH3含量均小于1%时，进行多点取样手动分析，手动分析H2、NH3含量均为0时视为置换合格。

（3）氨合成塔催化剂床层温度≤50℃时，视为降温合格。

2 氨合成催化剂保护

卡萨利氨合成塔内装填的催化剂为盘锦南方化学辽河催化剂有限公司生产的铁系催化剂，若停车检修时氨合成催化剂接触到空气，会发生强烈的氧化放热反应，导致氨合成催化剂失效。因此，在废热锅炉检修的整个过程中，要保证氨合成催化剂与空气完全隔绝，以保护铁系催化剂。为此，在氨合成塔入口管线导淋处配临时氮气管，新配管上增设阀门以调节氮气用量与氨合成塔压力；为保证检修人员的安全作业与提高氨合成催化剂保护的可靠性，在氨合成塔出口与废热锅炉进口连接处加装特制工装。

2.1 废热锅炉隔板及直角膨胀节拆除

废热锅炉拆检前，氨合成塔充压至50kPa左右（观察氨合成塔入口压力显示），拆除废热锅炉隔板。为保证隔板在拆除时不因外界因素而遭到破坏，建议用光刀机进行焊缝切割。

进入管箱后，拆除废热锅炉与氨合成塔之间膨胀节锥形分布器的两端法兰；拆除前，为防止膨胀节在长时间不受力的情况下发生变形而导致回装困难，在膨胀节的过渡部位加上一圈固定卡件，然后移除膨胀节锥形分布器。拆除膨胀节时会有氮气逸出，此时持续通少量氮气，以氨合成塔出口有氮气逸出为准，使氨合成塔始终保持微正压状态，防止空气进入。

2.2 氨合成塔出口加设工装

在氨合成塔持续通入氮气保持微正压的状态下，作业人员佩戴长管空气呼吸器进入废热锅炉内安装提前制作好的工装：与氨合成塔出口相匹配的盲板，沿盲板周边严格开设螺栓孔，注意螺栓孔距及孔径；盲板中部开孔接短管并增设一球阀。工装安装完成后，关闭工装上的球阀，如此氨合成塔被物理隔绝，其后保持氨合成塔处于微正压状态即可，关闭保护氮气阀门。

3 废热锅炉检修

一般常用的列管式换热器堵漏方式为锥形塞焊接堵漏法，采用这种堵漏方式，焊接时列管因局部受热而影响邻近换热管与管板，焊缝金属冷却时收缩易引起管孔变形，而在运行过程中锥形塞会因受热膨胀将应力传递到管板中，如此很容易造成新的泄漏。为保证设备的安全、稳定、长周期运行，防止内漏现象的再次发生，卡萨利氨合成废热锅炉列管堵漏采用新型堵漏方案——桶形堵头堵漏法。

3.1 废热锅炉加盲板

为实现废热锅炉的安全附件与设备完全隔离，废热锅炉4.0MPa蒸汽出口、安全阀根部、废热锅炉给水管口、废热锅炉加药法兰处均加设盲板，对其壳程进行安全、有效隔离，并为后期的充压查漏做准备。

3.2 废热锅炉查漏

拆除冷气密封折流板，折流板拆除后列管的进、出口全部暴露在外面。废热锅炉壳程充压试漏（借助3.8MPa临时氮气管）工作中，充压过程要缓慢，分别在0.5MPa、1.0MPa、2.5 MPa、3.0MPa、4.0MPa这5个阶段保压查漏（借助泡沫清洗剂查漏），标记漏点。

3.3 桶形堵头堵漏

（1）拆除管程内的所有内件，使用钻机及铣刀去除套管的支撑（焊缝）并进行管板的修整，然后将原有套管去除。

（2）测量列管的内径，然后加工与列管内径基本相符［长度为190mm、外径为26.0（－0，2＋0）mm、壁厚（含桶体段、桶底）为3mm］的桶形堵头（如图2）；为防止产生电化学腐蚀，桶形堵头材质为Inconel600，与废热锅炉列管材质相同（因需要胀管处理，间隙不宜太大）。滚动360°胀管长度为800mm。

（3）将做好的堵头插入泄漏的换热管内，用锤子敲紧直到与管板平行，然后采用氩弧焊焊接。为保证焊接质量，在焊接堵头前先采用制熔的方法进行处理，制熔完成后进行着色检查，检查合格后进行滚动胀管处理，其后再用NiCr-3焊丝进行补焊（焊接时起弧和收弧应一直在堵头上进行）。

（4）堵头焊接完成后，在堵头的密封焊缝上进行着色检测和泄漏测试，检查合格后试压，之后回装相应部件。

图2 废热锅炉换热管桶形堵头堵漏示意图

4 结束语

氨合成废热锅炉检修完成后，系统按计划重启，氨合成催化剂运行参数与检修前无异，截至投稿时氨合成系统已满负荷连续运行8个月，期间对炉水样品进行连续数周的跟踪检测，其电导率、氨氮含量均正常，且无不凝气存在。

实践表明，系统停车检修，合成气压缩机与氨合成系统进行联动置换，具有置换效率高、氮气用量少、置换彻底等优点；在氨合成塔出口与废热锅炉进口连接处加设特制工装，不仅保证了检修作业的安全，而且有效保护了氨合成催化剂；桶形堵头堵漏法安全可靠，此新型堵漏法在列管式换热器堵漏工作中表现良好，可为列管式换热器的堵漏工作提供一点参考和借鉴。