中變廢鍋泄漏的排查及處理

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(貴州開陽化工有限公司，貴州 貴陽 550300)

我公司一期年產500 kt/a合成氨項目，采用多項先進技術，如進口法液空6×104m3/h氧氣空分成套裝置，技術先進的干粉煤加壓氣化。產出的水煤氣進變換裝置進行耐硫變換，變換氣中的酸性氣體脫除采用大連理工大學的低溫甲醇洗(脫硫脫碳)、液氮洗技術；氨合成采用瑞士卡薩利15.0 MPa低壓氨合成工藝技術，硫回收采用荷蘭荷豐的超級克勞斯硫回收工藝，冷凍站采用氨壓縮制冷，為低溫甲醇洗裝置和氨合成裝置提供冷量。

項目自2013年1月21日打通流程，生產出產品以來，已運行近一年的時間。近期脫鹽水站在運行過程中，發現冷凝液電導率出現異常波動，經排查確認為中變廢鍋泄漏，立即進行相應處理，并在隨后的停車檢修中消除了漏點，現將整個過程介紹如下。

1 發現泄漏

2013年12月28日，水系統脫鹽水站發現脫鹽水指標異常，尤其是電導率異常升高，在線分析值由0.08 μS/cm升高到超量程。于是對水系統進行原因排查，要求中央化驗室取樣手動分析，結果電導率達到0.705 μS/cm。正常情況下，脫鹽水的電導率指標要求控制在不超過0.2 μS/cm。進一步排查發現，外管網來脫鹽水站冷凝液排放時有硫化氫味，而且電導率異常升高。于是判斷外管網來冷凝液中竄入硫化氫，硫化氫使混床失效而造成脫鹽水電導率升高。

2 泄漏設備分析判斷

我公司脫鹽水的來源，主要為兩部分。

一是一次水經過多介質過濾器除去水中顆粒、懸浮物、膠體，再通過5 μm保安過濾器過濾后，經泵提壓送入反滲透裝置除鹽，再經除碳器除碳后由泵加壓送入混床進一步處理，得到合格脫鹽水。

二是全廠回收的冷凝液至水系統脫鹽水站后經過降溫、過濾、二級除鹽、調pH值至8.8～9.3，提壓后送至生產用戶使用。

全廠冷凝液來源主要是汽輪機表冷器和精餾塔再沸器蒸汽冷凝液，汽輪機表冷器并不與硫化氫接觸，而全廠精餾塔再沸器中介質也不含硫化氫，首先排除這些設備泄漏的可能，同時也說明只有產的蒸汽中夾帶有硫化氫氣體，熱電鍋爐產的蒸汽中是不可能有硫化氫的，所以只有回收熱量副產蒸汽的廢熱鍋爐工藝氣泄漏才有可能導致蒸汽中含硫化氫。

經過仔細篩選排查，查出全廠共有5臺與含硫化氫介質換熱的廢熱鍋爐，分別是變換系統中變廢鍋E2002、低變廢鍋E2003、水煤氣廢鍋E2010及硫回收系統酸性氣廢鍋E6001、尾氣廢鍋E6013。這幾臺設備的詳細參數如表1。

表1 廢鍋介質及參數

由表中各換熱器參數可以看出，E6001、E6013管程酸性氣體壓力小于殼程蒸汽壓力，酸性氣體不可能漏入蒸汽管網，而E2002、E2003、E2010三臺廢熱鍋爐管程變換氣壓力大于殼程蒸汽壓力，所以可能是這幾臺廢熱鍋爐出現泄漏。于是立即將這幾臺廢熱鍋爐作為重點分析對象，主要方法如下。

(1)控制室仔細監控這幾臺廢熱鍋爐工藝指標運行情況，看廢熱鍋爐的壓力是否升高，液位是否降低。如有異常及時匯報，同時組織人員進行現場排查。

(2)聯系中央化驗室對這幾臺廢熱鍋爐爐水中的硫化氫含量進行分析，結果E2002中含硫化氫6.47 mg/L，E2003、E2010兩設備未檢出硫化氫。

(3)對E2002中變廢鍋、E2003低變廢鍋、E2010水煤氣廢鍋副產蒸汽取樣分析，因為泄漏的氣體除極少量的溶解在爐水中，其余大部分會進入蒸汽中。在對三臺廢鍋蒸汽取樣的過程中，發現E2002中變廢鍋的取樣冷卻器取樣口有不凝性氣體噴出，而且帶有臭雞蛋味，用硫化氫報警儀靠近取樣口，發現硫化氫已超過報警儀上限，而E2003、E2010的取樣冷卻器僅有冷凝水流出，且無色無味。分析三臺廢鍋蒸汽冷凝液電導率，分別為E2002 165 μS/cm，E2003 11 μS/cm，E2010 16 μS/cm。綜合以上情況，最終判斷為E2002泄漏。

3 發現泄漏后的處置情況

中變廢鍋副產1.0 MPa飽和蒸汽，并入管網。1.0 MPa蒸汽用戶主要有熱電高壓除氧器、低溫甲醇洗甲醇水分離塔再沸器、空分壓縮機汽輪機軸封汽、氨壓縮機抽引蒸汽、汽化氮氣加熱器等，遍布全廠。其產生的蒸汽冷凝液進入除氧器，然后通過鍋爐給水泵進入全廠廢鍋。

因此，中變廢鍋泄漏會造成全局性的蒸汽和冷凝液污染。

為維持生產，完成全年生產目標，經研究，決定系統維持運行，將中變廢鍋部分離線運行，副產蒸汽放空，變換氣、鍋爐給水繼續通入E2002中變廢鍋的管、殼程，以保證變換氣的正常降溫及防止含酸性氣蒸汽污染整個管網。

4 中變廢鍋拆檢情況

2014年1月2日，生產系統停車檢修，E2002為重點檢修項目。拆開人孔后，工藝人員對廢鍋殼用裝置空氣試漏，發現有1根U型管泄漏、管板處焊接有漏點，具體情況如圖1所示，證實確系E2002泄漏。

圖1 E2002列管試漏示意

5 泄漏原因分析

E2002中變廢鍋于2012年11月投入運行，至今已運行13個月，運行狀態一直較穩定，從未出現過異常，對于此次泄漏，分析原因如下。

(1)2013年12月27日晚23：45，由于鍋爐給水泵P2004出現故障，不能及時開啟，鍋爐給水中斷，導致廢熱鍋爐出口變換氣溫度由207 ℃升高至291 ℃，廢鍋液位由正常值65%下降至19%運行。由于液位過低，大部分換熱管暴露在氣相，沒有浸沒在水中，導致液面以上換熱管膨脹，管端與管板焊縫由于應力而造成大面積泄漏。當鍋爐給水泵P2004開啟后，操作人員瞬間加大進水量，造成廢熱鍋爐的列管受熱不均勻及溫差應力過大，引起進一步的應力裂紋。

(2)鍋爐給水水質問題。運行初期對廢熱鍋爐爐水并沒有定期分析，定期加藥，導致鍋爐爐水指標不合格，鍋爐排污口水呈紅色。經分析，發現鍋爐爐水呈酸性，且雜質多、硬度高，對廢鍋造成一定腐蝕。經最近一段時間的處理，鍋爐爐水指標已合格。

(3)前期生產系統不穩定，開、停車較為頻繁，負荷波動較大，對設備管束的沖擊次數多，為中變廢鍋泄漏埋下隱患。

(4)設備制造原因。中變廢熱鍋爐管板與換熱管處焊接也存在問題，管端沒有按要求高出管板1～2 mm，有些管子甚至內陷，低于管板，造成管子與管板焊接不牢固。

6 泄漏造成的危害

(1)大量變換合成氣泄漏進入蒸汽管網。由于變換氣中含有CO、H2、H2S、CO2、COS，造成蒸汽冷凝液中電解質含量升高，腐蝕設備。

(2)不凝氣進入蒸汽管網后，會嚴重影響換熱效果，影響系統正常運行。

(3)造成蒸汽冷凝液電導率升高，使混床樹脂失活。若不及時處理可能會造成脫鹽水電導率升高，危及鍋爐的安全穩定運行。

7 采取的措施

7.1 加強對廢熱鍋爐運行的管理

7.2 制定廢熱鍋爐泄漏的安全應急處理措施

若發現廢熱鍋爐泄漏，應及時向調度和界區領導匯報，并將副產蒸汽排放，不并入蒸汽管網，防止含工藝氣的蒸汽進入管網，對其他工藝設備造成影響。同時，控制室人員加強對廢熱鍋爐的監控，并將蒸汽放空閥設為自動，當泄漏量突然增大，壓力升高時，能自動打開放空閥泄壓，保證設備安全。

由于廢熱鍋爐副產蒸汽放空，影響整個蒸汽及冷凝液管網平衡，故在廢熱鍋爐出現泄漏時，熱電車間應及時調節蒸汽負荷，保證蒸汽管網平衡，水系統增加生產脫鹽水的量，防止因冷凝液減少而影響整個生產系統。

7.3 加強對生產操作的管理，避免系統波動

由于生產負荷變化大會加重設備泄漏失效的可能，所以要加強生產操作控制。

首先是盡量避免非計劃停車，減少設備開停車次數，減少對管束的沖擊；其次在每次緊急停車及重新開車過程中嚴格控制生產工藝操作。開車前，要事先對鍋爐水預熱，防止高溫的合成氣進入，造成過大的溫差應力。開、停車時，為了防止壓差過大，蒸汽側與變換合成氣側壓力應同步降低或升高。

7.4 加強控制室、現場對廢鍋運行指標的監控

控制室重點監控廢鍋蒸汽溫度、流量的變化，并與現場作對比，觀察變化趨勢，并在報表上做好記錄。當蒸汽溫度上升，流量下降，廢熱鍋爐出口溫度上升時，要判斷廢鍋液位的準確性，及時適量加水。當出現液位過低時，應采取措施先降廢鍋變換氣進出口溫度至指標之內，然后再緩慢加水，使廢熱鍋爐液位恢復正常。

7.5 制定廢熱鍋爐干鍋的安全應急處理措施

鍋爐干鍋后，出口超溫，此時嚴禁立即向鍋爐內加水，應及時向調度及界區領導匯報，通過前系統減負荷或前系統切氣，來降低廢熱鍋爐的入口溫度，減少再次進鍋爐給水的溫差。