汪家铭
摘要尿素合成塔塔体泄漏检测是保证其安全运行的一个重要环节，目前采用的蒸汽检漏法由于存在种种弊端，已不能适应泄漏检测的需要。简述了氛红外分析技术检测尿素合成塔泄漏的方法、系统设置、技术特点及应用实例，说明了该技术是检测尿素合成塔泄漏的行之有效的方法。
关键词尿素合成塔泄漏检测氨红外分析
中途分类号TQ113.25立献标识码B
国家质量监督检验检疫总局于2005年8月24日下发了国质检特函689号文件《关于进一步加强尿素合成塔生产使用检验工作的通知》，对尿素合成塔详尽地规定了设计结构、制造材料、出厂检验、使用年限及安全管理等方面的要求，其中对在用尿素合成塔的安全管理除要求进行定期检验检测、严格执行开停车制度和工艺指标控制外，还提出了要对生产运行中的尿素合成塔进行在线检漏，并推荐采用氨红外分析仪对尿素启成塔内层的泄漏情况进行实时在线检测，以及时发现和消除事故隐患。在此介绍采用氨红外分析技术检测尿素合成塔泄漏的一些情况。
一、检测方法
1.蒸汽检漏法
尿素合成塔是化肥生产尿素装置的关键设备，原料氨、二氧化碳和甲钱合成尿素的反应都在塔内进行，不仅承受高温、高压，而且工作介质也具有较强的腐蚀性。其塔体结构一般由内层衬里、盲层板和承压壳体所组成。目前国内大多数化肥企业的尿素合成塔的日常运行泄漏检测一般采用蒸汽检漏，其方法是检漏管通过承压壳体上的检漏孔盖板，穿过壳体层板进入盲层板上的半圆形环状检漏槽中，向检漏管内通入检漏蒸汽后，蒸汽就在检漏槽流过后被引出壳体。若有介质泄漏时也随检漏蒸汽一起被带出塔外，然后用试纸或酚酞溶液检验蒸汽冷凝液中的氨含量来判断尿素合成塔内层的泄漏情况。
蒸汽检漏法对蒸汽的品质要求较高，但目前生产企业很难保证得到洁净的蒸汽，检漏蒸汽中通常含有很多的氨、氯、碳酸等离子，这些有害的介质往往会引起尿素合成塔层板的应力腐蚀开裂，从而对尿素合成塔的安全运行造成重大威胁。
2.氨红外检漏法
与传统蒸汽检漏法不同的是氨红外分析技术所用的检测载体是不具有腐蚀性的氮气，对于塔体的每一筒节，分别设有两根氮气检漏管，一根通入氮气，而从另一根引出检漏后的氮气到氨红外气体成分分析仪中。若塔体内衬里有泄漏发生时，只要通过仪器分析检漏氮气中泄漏介质的氨含量，就可以及时判断泄漏发生的性质、部位、程度等情况。同时还可将检测分析的信息输出与控制操作系统和报警装置相连接，设置适当的泄漏控制数值，就可以实现实时在线连续检测尿素合成塔的泄漏情况。
二、氨红外检漏系统构成
1．检漏通道
该系统的构成见图1。在塔体每个筒节的上下两端靠近环焊缝处互成180°。分别设置检漏孔并引出检漏管，一根作为氮气进口管，另一根作为氮气出口管。氮气的流量要根据系统对介质泄漏发生的反应时间和氨红外气体分析仪要求的试气流量的大小来设置。此外，生产企业应能提供足够的氮气源来保证尿素合成塔检漏的需要。
2．检测控制
由于塔体的高度不同，各个筒节盲层板的内部结构和检漏管的长度、方向、布置等都不完全一致，因此每一氮气通道还需配置流量计和调节阀来加以控制。为防止生产不正常塔内压力下降时可能出现的塔体衬里失稳、抽瘪等情况发生，系统具有在事故状态下自动切断氮气进入筒节的功能。
3．工作状态
氨红外分析仪两种工作状态，一种是在线检测状态，所有流出筒节的检漏氮气汇集于集气器中，混合后一部分送入氨红外气体分析仪，其余部分放空，一旦有筒节衬里发生泄漏，即可分析检测出来并及时报警。另一种是切换工作状态，当发现某一筒节有可能发生泄漏时，可单独对该筒节的检漏管引出的检漏氮气进行分析，以确切判断泄漏发生的程度、范围、性质等具体情况。
三、系统特点
1．检测灵敏度高
当塔体衬里有泄漏发生时，进入筒节盲层板内检漏通道的氮气可及时把泄漏介质引出筒节，并经氨红外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。检测信息可输入尿素生产装置的集散控制系统，在控制室直接观察，提高企业对尿素合成塔安全状况管理的水平。
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．设备不受腐蚀
氮气不具有腐蚀性，且是惰性气体，进入检漏通道后可避免尿素合成塔盲层板及壳体的腐蚀现象的发生。
4．系统设置方便
氨红外分析检测系统可以利用尿素合成塔原有的蒸汽检漏通道，不需另设新的检漏通道。对于同一塔体，蒸汽检漏管和检漏孔的数目有120～150个，而采用氨红外技术仅需20个左右，其余的检漏管只要堵住即可，从而大大减少了检测卜作量：除需对系统进行日常的维护外，不需要另外专设现场巡检岗位，节省了大量的人力和物力。
四、应用
该系统目前在国内已得到了生产应用，由浙江大学化工机械研究所研制的尿素合成塔氨红外分析检测系统于1999年11月通过了浙江省科学技术委员会组织的技术鉴定，并在浙江镇海炼油化工股份有限公司φ2800mm尿素合成塔土成功应用。
该塔系多层包扎式筒体，共11节，每一筒节近上下环焊缝处原来设有互成60°的6个检漏孔，全塔共有132个检漏孔及检漏管。采用氨红外分析检漏系统后，检漏孔的数目减为22个。原来蒸汽检漏时采用人工定期巡查，每天必须对100多根检漏管流出的蒸汽冷凝液进行取样分析，检测工作繁琐，费时费力，且无法实现在线检测。氨红外分析系统的应用使所有检测信息实现了自动操作控制，在总控室即可进行实时监控，不需在现场检测。
该系统设计的泄漏介质反应时间约为5min，在线检测自动报警限为全塔氨泄漏量的0.5m1/min，实际上当全塔氨泄漏量为0.15m1/min时，即可在显示器上反映出来，使操作人员可采取措施及时处理。此外，该系统还具有良好的防爆和防腐蚀性能，能够满足尿素生产现场使用的要求。
在镇海炼化尿素合成塔上投用7年来，该系统运行情况良好，为尿素合成塔长周期安全运行提供了可靠的保证。