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等溫變換技術(shù)是近幾年來發(fā)展較快的一種ＣＯ變換技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是安全、經(jīng)濟(jì)、操作簡(jiǎn)便、催化劑使用壽命長(zhǎng)，但也存在著關(guān)鍵設(shè)備———等溫變換爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修難度高、檢修時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。新疆中能萬源化工有限公司針對(duì)２０１９年１０月年度檢修后開車過程中出現(xiàn)的等溫變換爐不銹鋼換熱管內(nèi)漏問題，摒棄業(yè)內(nèi)常規(guī)的檢修方法，采用快速查漏和快速堵漏的方法，僅用時(shí)２６ｈ就完成了等溫變換爐２根內(nèi)漏不銹鋼換熱管的查漏和堵漏，此方法快速、有效，縮短了檢修時(shí)間，保證了裝置的有效運(yùn)行時(shí)間。

新疆中能萬源化工有限公司合成氨—尿素裝置主要工序包括煤氣化、ＣＯ變換、低溫甲醇洗、液氮洗、氨合成、尿素合成。其中，煤氣化采用的是航天爐粉煤加壓氣化工藝，所產(chǎn)煤氣中ＣＯ含量高達(dá)６１％（干基），給變換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來較大難度。若采用常規(guī)的絕熱變換反應(yīng)器，需要４臺(tái)絕熱變換爐，工藝流程長(zhǎng)，相應(yīng)地用于回收煤氣、變換氣顯熱和潛熱的設(shè)備臺(tái)數(shù)也會(huì)增加，且回收熱能級(jí)別較多，尤其是低品位熱能較多；此外，操作中也易發(fā)生變換爐超溫的風(fēng)險(xiǎn)。而等溫變換技術(shù)是近幾年來發(fā)展較快的一種ＣＯ變換技術(shù)，其改變了原來通過變換催化劑裝填量來控制催化劑床層溫升的設(shè)計(jì)理念，利用埋在催化劑床層內(nèi)部的移熱管束（副產(chǎn)高品位蒸汽）將催化劑床層反應(yīng)熱及時(shí)移出，確保催化劑床層溫度可控，技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理，杜絕了變換爐超溫的風(fēng)險(xiǎn)，有效延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命；此外，等溫變換技術(shù)催化劑裝填量不受床層超溫限制，可在１臺(tái)變換爐內(nèi)裝填大部分催化劑，從而可減少設(shè)備數(shù)量、縮短工藝流程。等溫變換技術(shù)具有安全、經(jīng)濟(jì)、操作簡(jiǎn)便、催化劑使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著關(guān)鍵設(shè)備———等溫變換爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修難度高、檢修時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。等溫變換爐不銹鋼換熱管一旦出現(xiàn)內(nèi)漏，勢(shì)必影響裝置的有效運(yùn)行時(shí)間，因此，等溫變換爐不銹鋼換熱管的快速查漏和快速堵漏非常重要。

１等溫變換爐結(jié)構(gòu)及工藝流程

１.１等溫變換爐的結(jié)構(gòu)

等溫變換爐主要由汽包和變換爐構(gòu)成。汽包布置在變換爐頂部，為變換爐提供移出變換反應(yīng)熱的鍋爐水，同時(shí)分離汽水，蒸汽經(jīng)分離水后送管網(wǎng)，水則循環(huán)進(jìn)入變換爐。

等溫變換爐內(nèi)部主要為全徑向催化劑筐和懸掛雙套管換熱組件，結(jié)構(gòu)示意如圖１。催化劑筐與爐壁有環(huán)隙，為未反應(yīng)氣的進(jìn)入通道，催化劑筐內(nèi)、外兩側(cè)為氣體分布器，催化劑筐內(nèi)裝有鈷鉬系變換催化劑；等溫變換爐中間有中心管，為反應(yīng)氣排出通道。懸掛雙套管換熱組件由內(nèi)管、外管、薄管板、厚管板組成；內(nèi)管與外管構(gòu)成雙套管不銹鋼換熱管，外套管與催化劑和反應(yīng)氣體直接接觸，為換熱的主要部件；薄管板隔離水室與汽室；厚管板隔離汽室與工藝系統(tǒng)，為主承壓部件。等溫變換爐采用的懸掛雙套管不銹鋼換熱管可自由伸縮，可有效吸收熱應(yīng)力，使用安全，但給檢維修帶來了較大困難。

１.２工藝流程

氣體流程：未反應(yīng)氣先進(jìn)入徑向催化劑筐與爐壁間的環(huán)隙，徑向穿過催化劑床層，在催化劑床層內(nèi)ＣＯ與水蒸氣反應(yīng)生成ＣＯ２和Ｈ２，同時(shí)放出大量的熱，反應(yīng)熱被分布于催化劑床層中不銹鋼換熱管內(nèi)的水帶出，從而保持催化劑床層處于恒溫狀態(tài)；反應(yīng)后的氣體由中心管匯集送出變換爐。水汽流程：汽包內(nèi)鍋爐水由汽包底部進(jìn)入變換爐水室，經(jīng)薄管板分別進(jìn)入各內(nèi)套管，在重力作用下向下流動(dòng)并與外套管內(nèi)水汽換熱升溫，到達(dá)雙套管的底部后折流向上，經(jīng)外套管吸收變換反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽；蒸汽出厚管板后在汽室匯集，向上進(jìn)入汽包，經(jīng)分離水后，蒸汽外送管網(wǎng)，水則循環(huán)進(jìn)入變換爐。

２等溫變換爐不銹鋼換熱管內(nèi)漏情況

２０１９年１０月系統(tǒng)年度大修后開車，等溫變換爐補(bǔ)水后用蒸汽加熱水循環(huán)升溫，當(dāng)汽包壓力升至１.５ＭＰａ時(shí)，發(fā)現(xiàn)汽包液位下降，打開等溫變換爐進(jìn)、出口氣管道導(dǎo)淋閥，均發(fā)現(xiàn)有水，判斷等溫變換爐不銹鋼換熱管出現(xiàn)了內(nèi)漏，立即停止升溫，將汽包壓力降至常壓，并排盡汽包和水室內(nèi)的鍋爐水。據(jù)等溫變換爐進(jìn)、出口氣管道導(dǎo)淋排出的水量分析，等溫變換爐不銹鋼換熱管內(nèi)漏較大。液態(tài)水會(huì)造成變換催化劑粉化，活性組分溶于水后流失，從而導(dǎo)致變換催化劑活性下降甚至失活，因此必須消除內(nèi)漏后才能開車。

３內(nèi)漏情況檢查及處理方案制定

由等溫變換爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖１）可以看出，汽室內(nèi)布滿內(nèi)套管，沒有檢查和處理的空間，作業(yè)人員能進(jìn)入檢修的空間只有水室。業(yè)內(nèi)對(duì)于此類結(jié)構(gòu)的設(shè)備可借鑒的檢修方法是：環(huán)切割開汽室爐壁，將上封頭連帶薄管板、內(nèi)套管一同抽出，在催化劑床層用氮?dú)饧訅海�逐根�?duì)外套管查

漏并處理；外套管漏點(diǎn)處理完畢后，回裝上封頭、薄管板及內(nèi)套管，焊接汽室，完成檢修。此處理方法工作量巨大，一般用時(shí)長(zhǎng)達(dá)１個(gè)月。為盡快處理等溫變換爐內(nèi)漏問題，早日恢復(fù)生產(chǎn)，據(jù)等溫變換爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合以往處理設(shè)備問題的經(jīng)驗(yàn)，制定了如下查漏和快速檢修的方案。

３.１查漏原理

內(nèi)套管和外套管構(gòu)成了一個(gè)Ｕ形管，在Ｕ形管內(nèi)注入水形成水封，不漏的Ｕ形管是一個(gè)完整的水封，而內(nèi)漏的Ｕ形管則不是一個(gè)完整的水封；在Ｕ形管一端逐漸增加壓力，達(dá)到一定壓力后，不漏的Ｕ形管另一端會(huì)有水流出，因內(nèi)漏而水封高度較低的Ｕ形管則無水流出，甚至直接漏氣。

３.２查漏方案具體實(shí)施

將等溫變換爐溫度降至５０℃以下，拆開汽室的１個(gè)出口和水室頂部人孔，將催化劑床層壓力降至常壓，從水室注入脫鹽水，直到汽室出口有水流出時(shí)，停止注水，保持２ｈ，使內(nèi)漏的雙套管液位下降。

在汽室的４個(gè)出口加盲板封閉汽室，在其中１個(gè)盲板上安裝氮?dú)饧尤虢涌�；在汽室逐漸加入氮?dú)馍龎海▋?nèi)套管的長(zhǎng)度為１３ｍ，計(jì)算可知需加的最高壓力ｐ＝ρｇｈ＝１０００×９.８０７×１３＝１２７４９１Ｐａ＝０.１２７ＭＰａ），檢查人員在薄管板處觀察內(nèi)套管內(nèi)液位上升情況，當(dāng)大部分內(nèi)套管液位上升至管口時(shí)停止加壓（防止水溢出影響檢查），標(biāo)記出內(nèi)套管還未看到液位的點(diǎn)作為下一步的重點(diǎn)檢查對(duì)象；標(biāo)記完后，繼續(xù)對(duì)汽室加壓，觀察標(biāo)記的內(nèi)套管何時(shí)出水，以確認(rèn)是否內(nèi)漏。繼續(xù)對(duì)汽室加壓并觀察標(biāo)記的內(nèi)套管，在汽室壓力低于０.１２７ＭＰａ的加壓過程中，如內(nèi)套管水流完且有氣體沖出，則進(jìn)一步確定漏點(diǎn)；當(dāng)汽室壓力高于０.１２７ＭＰａ時(shí)，雙套管水封全部沖破，檢查結(jié)束。標(biāo)記出確認(rèn)內(nèi)漏的２根內(nèi)套管，轉(zhuǎn)為下一步的堵漏處理。上述查漏過程中，應(yīng)注意做好作業(yè)人員的安全防護(hù)，防止出現(xiàn)氮?dú)庵舷ⅰ?/span>

３.３堵漏方案的制定與實(shí)施

常規(guī)的不銹鋼換熱管堵漏一般采用堵頭加焊接的方法，但等溫變換爐２塊管板間的距離只有８００ｍｍ，其間無法實(shí)施焊接。據(jù)等溫變換爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合以往的設(shè)備堵漏經(jīng)驗(yàn)，制定了堵漏塞加固定桿（如圖２）的堵漏方案。

將３０４不銹鋼棒在車床上車出上端直徑３５ｍｍ、下端直徑２２ｍｍ、長(zhǎng)度１００ｍｍ的楔形堵漏塞（外套管外徑為３２ｍｍ），固定桿為直徑２０ｍｍ、長(zhǎng)１０００ｍｍ的碳鋼圓鋼。固定桿的一端用車床車出圓球，楔形堵漏塞大頭也用車床車出一凹槽與固定桿圓球配合緊密。用角磨機(jī)磨掉內(nèi)套管與薄管板的焊接焊縫，抽出內(nèi)套管，擴(kuò)孔至４０ｍｍ，使楔形堵漏塞能穿過薄管板。在楔形堵漏塞與外套管結(jié)合面涂高溫密封膠后，放入外套管，將固定桿球形頭插入楔形堵漏塞的凹槽，用錘錘擊固定桿上端，使楔形堵漏塞嵌入外套管，以達(dá)到堵漏效果；為防止楔形堵漏塞脫出，在固定桿上端用千斤頂施加適當(dāng)壓力，之后滿焊固定桿與薄管板，使楔形堵漏塞在固定桿的作用下形成牢固結(jié)構(gòu)，最后割除多余的固定桿，完成堵漏。

３.４堵漏效果

等溫變換爐不銹鋼換熱管完成堵漏后，經(jīng)開車檢驗(yàn)，確認(rèn)檢修效果良好，再未發(fā)現(xiàn)明顯漏點(diǎn)。上述堵漏方案實(shí)施過程中，雖然楔形堵漏塞沒有與厚管板焊接，但固定桿與高溫密封膠的使用確保了堵漏效果；加之正常運(yùn)行時(shí)汽包壓力高于催化劑床層壓力，即使楔形堵漏塞出現(xiàn)微漏，也是少量水漏入催化劑床層，這些少量的水會(huì)立即汽化成蒸汽，不會(huì)對(duì)變換催化劑造成任何影響。總體看來，此次等溫變換爐不銹鋼換熱管內(nèi)漏的排查和處理是非常成功的。

４結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，等溫變換爐采用上述方法查漏和堵漏，可快速、有效地發(fā)現(xiàn)并處理等溫變換爐不銹鋼換熱管出現(xiàn)的內(nèi)漏，整個(gè)查漏和堵漏過程總計(jì)用時(shí)２６ｈ，相較于常規(guī)的處理方法極大地縮短了排查、處理時(shí)間，可盡量減少因等溫變換爐不銹鋼換熱管內(nèi)漏處理造成的停車減產(chǎn)損失，同時(shí)也可為此類設(shè)備的檢修積累較好的經(jīng)驗(yàn)。