尿素裝置高壓洗滌器安全運行淺析

摘 要：分析尿素裝置高壓洗滌器發生的事故，提出尿素裝置高壓洗滌器安全運行管理措施，提高設備運行安全性。

關鍵詞：高壓洗滌器;防爆筒;運行管理

0 前言

高壓甲銨洗滌器是尿素CO2 汽提工藝中四臺高壓設備之一，其作用是利用甲銨溶液在高壓條件下吸收來自從成塔氣相中的NH3和CO2。如圖1所示，其上部為填料洗滌吸收段和球形防爆空間、下部為列管換熱段和氣體分布器。填料吸收段在防爆空間內部，填料洗滌段筒體上開6個深2mm的槽，代替爆破板起防爆作用。球形防爆空間作用是在防爆筒爆炸沖擊破裂后，球形空間中來自合成塔的非爆炸性氣體與之混合，起到緩沖和息爆作用，防止事故擴大。下部列管段為浸沒式換熱器，來自合成塔的氣相經球形空間進入氣體分布器，與經過洗滌段來的稀甲銨液一起并流進入列管，殼側冷卻介質是高壓調溫水。

1 案例分析

案例一：某尿素裝置在封塔36h后開車，投料后高壓甲銨洗滌器調溫水一直沒有出現溫差，高壓系統壓力上漲較快，通過現場排查發現氣相循環管線法蘭溫度偏低，判斷此管線出現結晶堵塞，防爆筒在高壓差下已經破裂。為確認防爆筒已破裂，提高調水溫度至140℃，并對此管線打水確認后，二次投料，系統還是出現上述異常現象。拆開上下封頭后發現防爆筒由內向外發生破裂。通過防爆筒體破裂方向分析，破裂原因是內部壓力高于防爆空間壓力造成，可能在封塔或投料期間發生閃爆。

案例二：某尿素裝置因合成氨裝置停車，尿素裝置高壓封塔，由于停車過程中蒸汽緊張，高壓調溫水溫度下降較快，最低為91℃。在次日系統投料過程中，發現高壓系統壓力上漲較快，且高壓洗滌器無熱量交換，高調水進出口無溫差。通過分析判定是高壓洗滌器防爆筒破裂，來自合成的氣相未經過列管換熱，直接走短路進入上部洗滌段。停止投料后，進行排塔、置換、降溫后，打開高壓洗滌器上下封頭、球形空間人孔后發現防爆筒產生由外向內變形，焊縫破裂。

案例三：某大型尿素裝置在正常生產中，發現高壓調溫水中有氨味，經過分析氨濃度達0.3%，未在其中檢測出尿素，懷疑是高壓洗滌器換熱段有泄漏。工藝人員對高調水進行排放置換，氨濃度下降后停止置換，通過連續取樣分析對比，計算出平均泄漏量，較小，判斷泄漏為焊縫或列管出現裂紋。一周后裝置停車檢修，對換熱段進行氨滲漏、氦滲漏和渦流檢測，最終確認有27根換熱列管有泄漏，對泄漏列管進行堵管處理。開車后發現仍存在少量泄漏，監控運行至裝置大修，大修期間更換全部列管，將列管材質由316L更換為更高等級的25-22-2不銹鋼。

以上三個案例是尿素高壓洗滌器發生的常見典型事故，一是防爆筒因尾氣爆炸引起爆裂，二是因內外介質壓差增大，擠破防爆筒，三是因列管、焊接處因腐蝕造成列管、焊縫泄漏。

防爆筒因爆炸引起爆裂，主要是因為尾氣問題未引起足夠的重視。一般情況下，原料CO2氣中含H2體積分數在0.6%～1.0%，如果在進入高壓系統前沒有有效的脫氫，這部分氫氣直接進入高壓合成系統，最終進入尾氣系統，在這里NH3大部分被吸收后，尾氣組分就有可能進入爆炸極限，在靜電引發下發生爆炸。

防爆筒因外力造成破裂，主要是由于防爆筒內外壓差增大，導致擠壓變形、撐破防爆筒導爆槽。因防爆筒設計上是為了在筒內發生爆炸時能夠快速釋放能量，防爆筒是不能承受壓差的。如果列管、中心降液管、氣相循環管線等，任何一處因甲銨結晶堵塞，都會造成防爆筒內外壓差增大，導致其變形甚至破裂。

列管泄漏主要原因是管板焊接處、列管本身因腐蝕減薄，以及應力腐蝕造成列管出現裂紋等。高溫高壓的甲銨溶液具有較強的腐蝕性，如果管板角焊縫焊接質量及材質達不到要求，運行過程中因高壓差就會發生泄漏。另外，因殼側高調水（蒸汽冷凝液）中氯離子濃度超標，列管在高溫、高壓工況下發生應力腐蝕、產生裂紋，也會導致工藝介質漏入蒸汽冷凝液系統中。

因以上事故的發生，都會導致裝置較長時間停產檢修，造成較大的經濟損失。下面從設備本質安全，運行維護安全的角度對高壓甲銨洗滌器安全運行進行分析。

2 高壓甲銨洗滌器安全運行管理措施

2.1 本質安全

本質安全是指設備、設施或技術工藝含有內在的、能夠從根本上防止發生事故的功能，從本質上實現安全化，從根本上消除事故發生的可能性，從而達到預防事故發生的目的。

應用二氧化碳脫氫技術就是從源頭上消除高壓洗滌器尾氣達到爆炸區域的可能。在一定的溫度壓力下，使用脫氫催化劑將原料氣中的氫氣等具有爆炸性的氣體脫除，出氣中殘余氫氣體積含量小于50ppm。使尿素裝置高壓洗滌器尾氣成分始終在爆炸極限之外，即從本質上保證了運行安全。脫氫裝置可設在CO2壓縮機段間，也可設在CO2壓縮機的末段，具體位置配置根據裝置的實際情況而定。

目前國產脫氫催化劑使用壽命3年左右，能夠滿足使用一個裝置大修周期，工藝條件較好的氣頭尿素裝置可安全使用6年以上，我廠脫氫催化劑使用周期都在6年以上。

2.2 運行管理

高壓甲銨洗滌器事故大多是發生在裝置停車或開車過程中。停車后排放、沖洗置換不徹底會導致列管及管道結晶堵塞，同時開停車及封塔期間監控措施執行不到位也會引起事故的發生。所以一方面應制定完善的裝置停開車及封塔管控措施，做到員工培訓到位，防止發生結晶堵塞，如強化停車時對殘存甲銨液的排放操作，明確規定排放、沖洗的參數指標變化趨勢;另一方面要充分汲取同類型裝置事故教訓，適當增加監控措施和手段，及時發現局部參數的變化，及時采取相應的處理措施，如在易結晶部位增設溫度、壓力監控，定期檢查管線暢通情況等。

為了防止因蒸汽冷凝液中進入氯離子，列管發生應力腐蝕。增設殼側高壓調溫水在線電導監測儀，采取連續排放及增加分析頻率等措施，加強對殼側蒸汽冷凝液指標的監控。尤其是在裝置停車期間，蒸汽冷凝液系統壓力降低，與之換熱的循環水因換熱器泄漏易發生循環水漏入蒸汽冷凝液系統的情況，專門制定工藝措施，并加強對此類換熱器的泄漏檢查。

2.3 檢修管理

為了使設備恢復生產效能，延長設備使用周期，必須進行定期的設備檢修、檢查。尤其是對于高壓甲銨洗滌器高溫、高壓、工藝介質腐蝕性強的設備，應制定科學全面的檢修方案，定期進行全面的檢查，包括列管襯里側厚，焊縫探傷檢查，防爆筒完好情況檢查，必要時還需要進行氨滲漏或氦滲漏監測等。

3 結束語

高壓洗滌器是二氧化碳汽提尿素工藝中故障率較高的設備之一，其安全運行是尿素裝置長周期運行的保障。在日常生產管理中，仍需要不斷的加深對設備運行特點的了解和掌握，持續完善監控手段，優化管控措施，從根本上避免設備事故發生。

作者簡介：

劉平（1980- ），男，漢族，籍貫：四川渠縣，工程師，大學本科，主要從事尿素生產管理工作。