合成氨裝置高壓廢熱鍋爐常見故障及處理

張 林

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

1 概述

中海石油化學股份有限公司海南基地二期裝置設計年產45萬噸合成氨，其蒸汽系統共分三個等級：高壓（12.0 MPa、510 ℃）、中壓（4.55 MPa、387 ℃）、低壓（0.345 MPa、150 ℃）。合成裝置產生高壓過熱蒸汽用來驅動2 臺高壓蒸汽透平，做功后中壓蒸汽作為工藝蒸汽和驅動7 臺中壓透平，同時提供尿素裝置所需的蒸汽。產生的低壓蒸汽供給所有公用站、密封蒸汽、滅火蒸汽、汽提蒸汽。其中高壓蒸汽是利用工藝回收熱在3 個蒸汽發生器中產生的，1 個在二段爐出口，其他2 個分別在高變爐出口和合成塔出口，產生的高壓蒸汽首先在102C 中過熱到369 ℃，隨后在一段爐對流段加熱到510 ℃后再送到各個用戶使用，其流程如圖1 所示。中壓蒸汽由1 臺設計能力為60 t/h、4.85 MPa、389 ℃快裝鍋爐提供，開車期間用于建立蒸汽管網。

圖1 蒸汽及鍋爐給水系統流程

2 廢熱鍋爐常見故障及處理

2.1 爐水側封頭隔板沖刷腐蝕導致爐水側走短路

高壓廢熱鍋爐水側封頭隔板沖刷腐蝕現象較為普遍，因受氣、液兩相變化沖擊、開停車的熱應力變化，封頭隔板極易損傷，特別在123C1/2 合成塔出口高壓廢熱鍋爐上較為嚴重。

因合成塔在開車升溫階段開始反應產熱時熱應力變化較大，水量控制在小閥位波動大，導致123C1/2 溫度變化大，經常出現上下波動的情況，易造成封頭隔板損傷。針對此情況優化了合成塔升溫步驟，初期利用大氣量進行升溫，在開始反應時因前期合成回路導入氣量大、產熱多，對水的需求多，可以避免小閥位控制，且大氣量操作可以避免在后期合成回路加負荷時產生二次波動，使123C1/C2 溫度控制趨于平穩。同時針對已經對隔板造成沖刷腐蝕的區域，對封頭隔板整體打磨掉一層，升級材料，增加堆焊強度防止沖刷腐蝕，通過處理取得了比較好的效果，封頭隔板未再出現大面積沖刷腐蝕的情況，合成廢熱鍋爐部件及焊接材料統計見表1。

表1 合成廢熱鍋爐部件及焊接材料統計

2.2 鍋爐給水側換熱管管程泄漏

鍋爐給水側換熱管出現泄漏一般直接采用堵管處理。2012年7 月，103C1 出現過換熱管爆管，當時裝置出現的現象是工藝氣冷凝液量逐步增加、高壓蒸汽系統產汽量下降，裝置無法維持運行被迫停車。檢修時經渦流檢測、超聲檢測、試漏檢查發現換熱管爆管13 根，造成泄漏。

根據列管的缺陷形狀及位置，經過分析泄漏原因是列管與分布器接觸位置長期摩擦，造成局部損傷，最終造成穿孔。針對這些存在泄漏的換熱管，通過對換熱管管端進行堵管處理，解決了鍋爐給水側換熱管泄漏的問題（圖2）。

圖2 鍋爐給水側換熱管局部堵管

2.3 水側管線與廢熱鍋爐法蘭連接處泄漏

2006 年101C、103C1、123C1 均出現連接法蘭處泄漏，且在線熱緊已不能消除漏點，需通過在線做夾具堵漏。在2006 年計劃檢修中對墊片進行了整體更換，徹底消除泄漏隱患。

對水側管線與廢熱鍋爐法蘭連接處泄漏的原因進行分析，發現主要原因在于安裝時的螺栓熱緊時間及開停車過程中的升、降溫速率控制。針對上述問題，制定了嚴格的熱緊時間及穩定的開停車升、降溫速率，優化操作流程。改進實施以后，未再出現以上泄漏情況。

2.4 爐水側換熱面結垢

爐水側換熱面結垢在高壓鍋爐廢鍋系統中是較為常見的故障，也是直接影響高壓蒸汽產汽量下降的根本原因。在以往的大修過程中，均會對高壓廢鍋進行抽芯處理，抽芯后利用機械水射流清洗換熱器列管、內窺鏡抽檢換熱管內壁。但是機械水射流清洗只對松軟的垢層清除效果明顯，而換熱管內壁較硬的垢層極難處理干凈，每次檢查在管壁內部及死角處清洗效果都不理想。

2019 年4 月化肥二部合成氨裝置首次采用化學清洗的方式來解決水側結垢問題，具體化學清洗過程、流程如下：臨時配管—水沖洗/帶壓檢漏—堿洗—堿洗后水沖洗—酸洗—酸洗后水沖洗—漂洗中和—鈍化處理—人工清理及檢查驗收。

化學清洗過程使用藥品及產生的廢液量統計見表2。

表2 藥品及廢液量統計

通過觀察鍋爐內壁及管板清洗效果可以得出，141D 內黑色軟垢已清理干凈，內壁呈現出黑亮金屬色，123C1、103C1 管板表面清亮無污垢（圖3）。清洗后，高壓蒸汽系統產汽量增加3～4 t/h。

圖3 鍋爐內壁及管板清洗效果

2.5 氣側換熱面結垢

歷年裝置檢修在高壓廢鍋進行抽芯時對氣側換熱面結垢情況進行檢查，氣側換熱面結垢不是十分明顯，表面只有一層浮塵，用手即可輕松的抹去顯現出設備本色。通常的處理方式是工藝人員對殼側的表面進行擦拭，對殼程底部的積灰進行徹底清理，管程氣側通過機械水射流清洗即可達到良好的效果。工藝氣側換熱面結垢情況清理前后對比如圖4 所示。

圖4 工藝氣側換熱面結垢情況清理前后

2.6 工藝氣側氣體走短路換熱效率下降

2006 年以前高壓廢鍋管束外側只有折流板來控制工藝氣側的氣體分流導向，折流板與殼側之間所留的間隙較大，工藝氣極易走短路，不能達到理想的換熱效果。通過與廠家溝通交流，設備人員提出在折流板上增加葉式密封來減小孔隙率，避免氣體走短路，增加氣側的換熱效率。2006 年3 月分別對103C1C2完成管束增加葉式密封改造。2009 年3 月，對123C1C2 完成管束改造葉式密封，新增葉式密封具體樣式如圖5 所示。

圖5 新增葉式密封

3 結束語

合成氨裝置高壓廢熱鍋爐是主產高壓蒸汽的主要設備，一旦出現故障將直接影響整個系統的穩定運行，輕則減少高壓蒸汽系統產汽量，使裝置的能耗增加、經濟效益下降，嚴重時可能導致整個合成裝置停工停產。本文統計了17 年來合成氨裝置高壓廢熱鍋爐所遇到的故障及處理措施，在預防和處理應對等方面為同行業提供參考。