检漏系统在尿素装置中的应用

谢艳华，刘先军

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

尿素高压圈是CO2气提法生产尿素工艺中的核心工艺，而高压圈中的高压设备是其中的关键设备，这些高压设备一般结构为碳钢壳体加保护衬里[1]，衬里材料多采用对甲铵有良好耐腐蚀性能的316LUG、00Cr25Ni22Mo2、钽、双相钢等，如果衬里破损，导致甲铵外漏，高压设备的碳钢壳体会被迅速侵蚀和破坏，从而影响装置的安全生产和运行。所以，为了能够监测高压设备衬里的状态，及早发现衬里的腐蚀情况，设计了检漏系统。

1 在线检漏系统的原理

高压设备筒节衬里上典型的检漏通道见图1，高压设备衬里由衬板焊接而成，因此衬里的焊缝为整个设备的最薄弱处，故检漏通道基本都是沿焊缝设置在衬里的外表面，每个衬板的检漏通道组成的回路称为一个检漏分区，各检漏分区均在设备外壳上设置检漏口(图中A1、A2、B1、B2)。检漏系统的基本原理如下：将发生在衬里焊缝处的泄漏介质通过设置的检漏通道引出来，连接在检漏口的检漏管将检漏通道内的泄漏介质引至设备外分析仪表处，分析仪表检测到泄漏介质即可进行显示、报警等，从而实现对高压设备衬里的状态监测。根据这个基本原理，在线检漏系统基本分为两大类。

图1 典型的检漏通道

1.1 直接法[3]

检漏通道内不通任何介质，处于自然状态，当衬里发生泄漏时，首先漏出来的是氨气(氨基甲酸氨渗漏出来，降压分解为碳酸氢铵和氨气)，氨气是渗透很强的介质，会经阻力最小的检漏通道从检漏管排出，再通过检测手段提示操作工，如将检漏口排气通入苯酚试剂让其变色、在检漏口设置分析仪表等。

1.2 间接法[3]

采用惰性气体(如氮气或蒸汽)通入检漏通道上端检漏口(图中A1、A2)，气体进入检漏通道并从下端检漏口(图中B1、B2)排出，从而使气体在检漏通道内形成循环回路，如果衬里有泄漏，泄漏物(氨、碳酸氢铵)也随气体排出，再通过分析仪表实现实时检测。

目前，大部分尿素装置中的检漏系统均采用间接法进行检测。

2 间接法在线检漏系统的实际应用

2.1 间接法在线检漏系统的循环气体选择

传统检漏系统的循环气体一般采用蒸汽，但随着工艺技术的不断改进和对高压设备安全性认识的不断提高，人们普遍认为采用蒸汽检漏有风险：①易携带腐蚀性介质进入设备(如Cl-1、硫化物等)，对不锈钢衬里带来应力腐蚀风险；②蒸汽冷凝液可能与泄漏介质生成氨水、碳酸等腐蚀性介质，造成对塔体的腐蚀风险。

所以采用蒸汽对蒸汽的品质要求非常高，现阶段大部分工厂采用氮气作为检漏系统循环气体。

2.2 用氮气作为循环气体的在线检漏系统

2.2.1基本原理及构成

某海外项目尿素装置在线检漏系统典型流程见图2，检漏系统所用的循环气体是氮气，高压合成圈内每台核心设备设置了一套检漏系统。该检漏系统包括检漏口、检漏管、在线分析仪、检漏回路控制装置及水封装置。对于高压设备塔体的每一检漏分区，分别设有两根检漏管，并经由该检漏分区的检漏通道构成检漏回路，一根连接至检漏通道的上部(图中A1、A2口)并通入氮气，另一根连接至检漏通道的下部(图中B1、B2口)，并将氮气引出至分析仪，一旦衬里有轻微腐蚀造成介质泄漏，氨会经由检漏回路中持续循环的氮气引出并在分析仪上得到检测，该分析仪会送出4～20mA信号至中心控制室，根据预先设定的报警值发出报警，提醒操作人员及时进行处理，避免更大范围的腐蚀和破坏。

图2 在线检漏系统典型流程

检漏系统的氮气流量要根据系统响应时间、检漏通道大小和气体分析仪要求来设置。由于塔体的高度不同，各个检漏分区的内部结构和检漏管的长度、方向、布置等都不完全一致，因此每一个氮气循环回路还需配置流量计和调节阀来加以控制。为防止氮气超压对衬里造成破坏，该检漏系统设置了一个水封装置，水封的高度根据衬里的反向承压能力考虑，这样就可以实现对氮气压力的调节，并防止衬里反向超压。

2.2.2如何确定泄漏位置

(1)在线检测状态，所有流出检漏分区的检漏氮气汇集于一条主管并送入气体分析仪，一旦有衬里发生泄漏，分析仪即可实现分析检测并及时报警。

(2)泄漏位置确定，当控制室监视到气体分析仪报警信号时，操作工可通过在现场分析柜上逐个关闭氮气检测回路的切断阀(循环气出口管线上的切断阀)的方式，来确定泄漏发生在哪个回路，再根据该回路连接的检漏分区位置确定泄漏可能发生的区域。

2.2.3在线检漏系统优点

(1)检测灵敏度高。当衬里有泄漏发生时，进入检漏通道的氮气可及时把泄漏介质引出，并经分析仪自动检测其泄漏的关键成分——氨的含量，检测泄漏介质反应时间短，可及早发现泄漏情况，同时也能实施在线连续监测。

(2)分析安全可靠。采用氮气检漏，一定流量和流速的氮气在检漏通道中的流动可避免检漏通道堵塞，大大提高了检漏的可靠性。

(3)泄漏位置易于识别。泄漏发生后，操作工可通过逐个关闭氮气检测回路的根部阀来迅速确定泄漏区域和位置。

3 在线检漏系统的安装及投用注意事项

3.1 安装注意事项

(1)为防止因介质凝固或介质气化的吸热反应造成管路结冰，进而导致检漏管堵塞，应保证检漏管布置在设备保温层下。

(2)为方便维护，检漏引出口处保温层应设计成可方便拆除型(见图3)。检漏口处保温层独立于筒体保温层且留有适当缝隙，保温层外铝皮采用螺栓固定，维护时只需要将保温层外铝皮拆除，即可将保温层整块取下来。

图3 方便拆除型保温层

(3)所有检漏管在布置时，应考虑为相对检漏口向下坡度，并避免袋形，每一个检漏回路保证循环气为上进下出。

(4)检漏管材料不允许采用铜及铜合金，建议采用外径6mm的不锈钢盘管。

(5)为降低投资，可选择多个检漏分区串联组成一个回路，为保证响应时间及泄漏点的迅速定位，建议检漏分区串联数量不超过2个。

(6)为保证响应时间，应确保检漏分析机柜尽量靠近对应设备，标高低于最低检漏口，同时机柜的前后左右留足检修和操作维护空间。

3.2 投用注意事项

(1)在线检漏系统投用前，为保证将设备制造过程中残留在检漏通道内的水、固体颗粒物等清除干净，应首先对检漏通道及检漏管进行吹扫。

(2)设备衬里的反向承压能力(一般为4.91kPa)有限，因此检漏系统吹扫应在设备水压试验阶段进行，以便于调节系统内循环气体压力，避免衬里反向承压超限。

(3)吹扫前应断开循环气返回口至分析仪的管线，为便于操作，可在分析机柜外切断阀处断开管路，将管路直接对空排放。

(4)吹扫时间一般为24h，当管路断开处排放气体中无水气时，即可认为吹扫合格，此时将断开的管路重新连接上即可。

(5)投用前应用标定气对分析仪进行标定。

4 在线检漏系统的发展展望

随着人们对工厂安全性的认识和对自动化程度要求的提高，未来可借助计算机编程实现对泄漏位置的自动判断，替代人工判断过程，由此来实现更快速的泄漏点定位。

5 结语

检漏系统是尿素装置中实现高压设备泄漏检测的重要手段，能够通过对衬里焊缝处的泄漏检测实现泄漏预警，提醒人们将严重的设备腐蚀扼杀在萌芽状态，为尿素装置的长期、稳定、安全运行提供保障。