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。本文简述用氨红外分析技术检测尿素合成塔泄漏的方法并介绍系统设置、技术特点及应用实例。
关键词：尿素合成塔；泄漏；检测；氨红外分析
中图分类号：TH744.41文献标识码：B
近年来，尿素合成塔爆炸事故全世界共发生三起，其中两起发生在我国，造成20人死亡，多人受伤和上千万元的直接经济损失为防止爆炸事故的再次发生，国家质量监督检验检疫总局于2005年下发了《关于进一步加强尿素合成塔生产使用检验工作的通知》，其中对在用尿素合成塔提出了要进行在线检漏，并推荐采用氨红外分析仪对尿素合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。本文简要介绍采用氨红外分析技术检测尿素合成塔泄漏方面的一些情况。
一、检测方法
1．蒸汽检漏法
原料氨、二氧化碳和甲按合成尿素的反应都在尿素合成塔内进行，不仅承受高温、高压，而且工作介质也具有较强的腐蚀性。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泄漏检测一般采用蒸汽检漏，其方法是将检漏管通过承压壳体上的检漏孔进入盲层板上的检漏槽中，然后向检漏管内通入检漏蒸汽，蒸汽在检漏槽流过后从另一端被引出壳体。若有介质泄漏便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，这些杂质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。对“3.21”山东鲁西第三化肥厂尿素合成塔爆炸事故的联合调查结果表明，由于检漏蒸汽中的有害物质引起的塔体层板应力腐蚀开裂是这次爆炸事故发生的主要诱因之一，因此，参与事故调查的有关专家一致认为采用蒸汽检漏不是一项十分明智的方法，很难防止检漏系统产生应力腐蚀开裂。
2．氨红外检漏法
氨红外分析技术所用的检测载体是不具有腐蚀性的氮气。塔体的每一筒节分别没有两根氮气检漏管，一根通入氮气，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、系统设置
1．检漏通道
该系统的设置见图1。在塔体每个筒节的上下两端靠近环焊缝处分别设置检漏孔并引出检漏管，使其在筒节上互成180°，一根作为氮气进口管，另一根作为出口管。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以保证尿素合成塔检漏的需要。
2．检测控制
由于塔体高度不同，各筒节盲层板的内部结构和检漏管的长度、方向、布置等不完全一致，因此每一氮气通道还需配置流量计和调节阀加以控制。为防止生产不正常导致塔内压力下降时可能出现的塔体衬里失稳、抽瘪等情况，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
氨红外分析仪有两种工作状态，一种是在线监测状态，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、技术特点
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不会堵塞通道，提高了检漏的安全可靠性。
3．设备不受腐蚀
氮气是惰性气体，不具有腐蚀性，进入检漏通道后不会对尿素合成塔盲层板及壳体造成腐蚀。
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，不需另设新的通道。对于同一塔体，若采用蒸汽检漏，检漏管和检漏孔的数目有120~150个左右，而采用氨红外分析检测技术仅需20个左右，其余的检漏管只要堵住即可，节省了大量的人力和物力。
四、应用实例
该系统目前在国内已得到了应用，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尿素合成塔上成功应用。
该塔系多层包扎式筒体，共11节，每一筒节近上下环焊缝处设有互成60°的六个检漏孔，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。氨红外分析系统的所有检测信息实现了自动操作控制，在总控室即可实时监控，不需在现场检测。
该系统设计的泄漏介质反应时间约为5min，全塔氨泄漏量在线监测自动报警限为0.5ml/min，实际上当全塔氨泄漏量为0.15ml/min时，即可在显示器上反映出来，以便采取措施及时处理。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要求。
在镇海炼化尿素合成塔上投用7年来，该系统运行良好，为尿素合成塔长周期安全运行提供了可靠保证。