一、概述
重庆建峰化工股份有限公司第二套化肥装置是以天然气为原料，年产45万吨合成氨、80万吨尿素的装置。合成氨装置采用KBR技术，综合了凯洛格-布朗工艺特点。其中123C2炉水预热器是合成装置高压蒸汽系统的重要设备之一，由VILLA & BONALDI公司设计制造。其壳程走工艺气，管程走炉水，其管板、筒体材质为SA336 F11 CL.3，列管采用U型翅片管，材质为SA213 T11，该设备结构是KBR的专利设备结构。预热器设备结构简图如下（图1）：
图1 123C2设备结构简图[1]
来自105D合成塔的混合气（温度：330.6℃、压力：145bar）经合成废热锅炉/炉水预热器（123C1/C2）与来自101B一段炉的高压锅炉给水（温度：171℃、压力：124bar）进行换热后温度降至228℃，以满足后端105D合成塔工艺要求；而锅炉给水经123C2合成废热锅炉8管程换热后产生328℃的高压蒸汽，是合成氨装置高压蒸汽的主要来源之一[2] 。其工艺流程图如图2所示。
图2 123C2炉水预热器工艺流程图
二、 123C2运行存在的问题
2019年3月装置运行期间发现123C2进出口锅炉给水分析数据异常，123C2出口锅炉给水中含有氨，多次检测数据分析后确认123C2列管存在泄漏，由于泄漏量较小且无扩大趋势，一直监控运行至大修,分析数据见下表1。
表1 123C2进出口锅炉给水分析数据表
大修期间对123C2进行工艺查漏（见图3），发现第8区域有一列管堆焊层穿孔泄漏。
图3 123C2炉水预热器列管查漏
随后对泄漏点打磨，并对整个管板进行PT检测（见图4），发现管板列管堆焊层裂纹较多，经统计存在问题的列管有1480根。
图4 123C2炉水预热器列管检测
三、原因分析及处理
（一）原因分析
针对该设备出现问题的问题，下面通过设备、工艺运行方面逐项分析确认123C2设备故障原因：
1）、设备方面
（1）、结构设计
该设备原始设计中管板堆焊层采用的是C.S.材质，其目的是当焊后热处理不可行时，使用C.S.堆焊可最大程度地降低高硬度和残余焊接应力的风险，以进行泄漏管与管板接头之间的修补，是KBR的标准设计。经咨询KBR厂家及KBR工艺其他相关单位，了解到相同设计设备在使用过程中未发生我厂类似问题，由此可排除结构设计存在缺陷的问题。
（2）、设备制造
①、该设备在原制造中管板堆焊层采用的是C.S.材质，而设备运行过程中壳侧工艺气组分含有氢，制造过程中如果存在胀管缺陷，碳钢堆焊层长期在氢、氨环境中运行，容易发生氢脆现象。
②、该设备管板及列管材质均为铬钼钢材质，材质焊接、热处理工艺要求比较高。如果存在热处理不好，很容易出现焊后热裂纹，在后期的运行过程中裂纹会逐渐扩大形成疲劳裂纹。
2）、工艺运行
查询我厂多年的运行数据（见表2），各参数控制均在KBR设计运行要求范围，未出现超设计运行情况，锅炉给水指标也是严格按照设计要求执行的，由此可以排除工艺操作方面的问题。
表2 123C运行数据表
综上分析，初步判断该设备可能在制造方面存在一定的缺陷，在长期的运行过程中，堆焊层焊缝缺陷逐步扩大形成空洞，造成设备泄漏。因壳侧工艺介质中含有氢、氨组分，介质泄漏很可能会使铬钼钢管板等材质发生氢脆现象，经对管板取块分析金相确认管板金相组织正常后，制定后续修复方案（见图5）。
图5、管板材质分析报告
（二）处理方案
因原设备资料中未明确管板堆焊材质CS的具体型号，而现场通过取焊缝粉末分析组分的方式也未能获取CS的准确成分（见图6）；如果用铬钼钢材质进行堆焊修复，因管板太厚，现场无法进行焊后热处理，这给堆焊层修复方案的制定带来了很大的困难。
图6、焊缝材质分析报告
考虑到现场热处理条件受限，结合铬钼钢材质焊接性能首先采用镍基焊材（NiCrFe-3）进行试焊，焊接过程焊缝出现大量裂纹，表明按照镍基焊材的方式无法进行修复。经与国内知名材料专家、同行业及KBR交流后，现场采用如下方式对缺陷部位进行修复：
1、采用机械加工，去除换热管与管板堆焊层，并将管板向下加工深度2mm（见图7）；
2、对管板进行表面检查，确认缺陷消除；
3、对管板预热50℃后，用Er49-1进行氩弧补焊；
4、对管板新焊缝进行350℃的消氢处理；
图7 123C2炉水预热器列管处理
四、运行验证
修复后开车运行至2021年底，工艺取样检测NH4+数据正常（见表3），大修对123C2管板进行无损检测，未发现异常，说明对此结构的现场修复方案是比较成功的；借鉴该处理方案，2021年大修对同为VILLA & BONALD厂家制造的103C废热锅炉预热器管板堆焊层裂纹进行了修复。
表3 123C2进出口锅炉给水分析数据表（修复后）
五、结束语
通过对123C2炉水预热器列管泄漏原因分析以及检修处理，最终彻底解决了123C2炉水预热器列管堆焊层裂纹缺陷，也为同行业类似高压设备铬钼钢修复，减少热处理提供了宝贵的经验。
参考文献
[1] 中国核工业建峰化工总厂.日产1500吨合成氨装置工艺规程[M]. 2012:24-25.
作者简介：
单 祥，男，1986年出生，化工机械工程师，本科学历，2011年毕业于甘肃兰州理工大学石油化工学院过程装备与控制工程专业，现在重庆建峰化工股份有限公司运行二部从事设备技术工作。