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)點是安全、經(jīng)濟、操作簡便、催化劑使用壽命長，但也存在著關(guān)鍵設(shè)備———等溫變換爐結(jié)構(gòu)復雜、檢修難度高、檢修時間長的缺點。新疆中能萬源化工有限公司針對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，縮短了檢修時間，保證了裝置的有效運行時間。

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６１％（干基），給變換系統(tǒng)的設(shè)計帶來較大難度。若采用常規(guī)的絕熱變換反應器，需要４臺絕熱變換爐，工藝流程長，相應地用于回收煤氣、變換氣顯熱和潛熱的設(shè)備臺數(shù)也會增加，且回收熱能級別較多，尤其是低品位熱能較多；此外，操作中也易發(fā)生變換爐超溫的風險。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）將催化劑床層反應熱及時移出，確保催化劑床層溫度可控，技術(shù)先進、設(shè)計合理，杜絕了變換爐超溫的風險，有效延長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、操作簡便、催化劑使用壽命長等優(yōu)點，但同時也存在著關(guān)鍵設(shè)備———等溫變換爐結(jié)構(gòu)復雜、檢修難度高、檢修時間長的缺點。等溫變換爐不銹鋼換熱管一旦出現(xiàn)內(nèi)漏，勢必影響裝置的有效運行時間，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熱的鍋爐水，同時分離汽水，蒸汽經(jīng)分離水后送管網(wǎng)，水則循環(huán)進入變換爐。

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，為未反應氣的進入通道，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：未反應氣先進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與水蒸氣反應生成ＣＯ２和Ｈ２，同時放出大量的熱，反應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入變換爐水室，經(jīng)薄管板分別進入各內(nèi)套管，在重力作用下向下流動并與外套管內(nèi)水汽換熱升溫，到達雙套管的底部后折流向上，經(jīng)外套管吸收變換反應熱副產(chǎn)蒸汽；蒸汽出厚管板后在汽室匯集，向上進入汽包，經(jīng)分離水后，蒸汽外送管網(wǎng)，水則循環(huán)進入變換爐。

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，等溫變換爐補水后用蒸汽加熱水循環(huán)升溫，當汽包壓力升至１.５ＭＰａ時，發(fā)現(xiàn)汽包液位下降，打開等溫變換爐進、出口氣管道導淋閥，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、出口氣管道導淋排出的水量分析，等溫變換爐不銹鋼換熱管內(nèi)漏較大。液態(tài)水會造成變換催化劑粉化，活性組分溶于水后流失，從而導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)人員能進入檢修的空間只有水室。業(yè)內(nèi)對于此類結(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，在催化劑床層用氮氣加壓，逐根對外套管查

漏并處理；外套管漏點處理完畢后，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，一般用時長達１個月。為盡快處理等溫變換爐內(nèi)漏問題，早日恢復生產(chǎn)，據(jù)等溫變換爐的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合以往處理設(shè)備問題的經(jīng)驗，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形管是一個完整的水封，而內(nèi)漏的Ｕ形管則不是一個完整的水封；在Ｕ形管一端逐漸增加壓力，達到一定壓力后，不漏的Ｕ形管另一端會有水流出，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查漏方案具體實施

將等溫變換爐溫度降至５０℃以下，拆開汽室的１個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，停止注水，保持２ｈ，使內(nèi)漏的雙套管液位下降。

在汽室的４個出口加盲板封閉汽室，在其中１個盲板上安裝氮氣加入接口；在汽室逐漸加入氮氣升壓（內(nèi)套管的長度為１３ｍ，計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，當大部分內(nèi)套管液位上升至管口時停止加壓（防止水溢出影響檢查），標記出內(nèi)套管還未看到液位的點作為下一步的重點檢查對象；標記完后，繼續(xù)對汽室加壓，觀察標記的內(nèi)套管何時出水，以確認是否內(nèi)漏。繼續(xù)對汽室加壓并觀察標記的內(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，則進一步確定漏點；當汽室壓力高于０.１２７ＭＰａ時，雙套管水封全部沖破，檢查結(jié)束。標記出確認內(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，應注意做好作業(yè)人員的安全防護，防止出現(xiàn)氮氣窒息。

３.３堵漏方案的制定與實施

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，其間無法實施焊接。據(jù)等溫變換爐的結(jié)構(gòu)特點，并結(jié)合以往的設(shè)備堵漏經(jīng)驗，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、長度１００ｍｍ的楔形堵漏塞（外套管外徑為３２ｍｍ），固定桿為直徑２０ｍｍ、長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。用角磨機磨掉內(nèi)套管與薄管板的焊接焊縫，抽出內(nèi)套管，擴孔至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，確認檢修效果良好，再未發(fā)現(xiàn)明顯漏點。上述堵漏方案實施過程中，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；加之正常運行時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，這些少量的水會立即汽化成蒸汽，不會對變換催化劑造成任何影響�？傮w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

實踐表明，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，整個查漏和堵漏過程總計用時２６ｈ，相較于常規(guī)的處理方法極大地縮短了排查、處理時間，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，同時也可為此類設(shè)備的檢修積累較好的經(jīng)驗。