液氨改尿素工程中产品气的伴热问题解析
尿素水解的产物为氨气、二氧化碳、水蒸气的混合气，该反应是可逆反应，在一定压力温度下逆反应产生结晶的氨基甲铵盐，堵塞管道，影响系统运行，在气体输送过程中由于热损失较大，当低于结晶温度时，结晶物大量产生，因此氨气管道需要采用伴管或夹套管伴热。
一、采用外伴管伴热应注意的事项
根据石油化工管道伴管及夹套管设计规范要求，采用伴管伴热时伴管的介质温度宜高于被伴介质温度30℃以上，当采用导热胶泥时宜高于被伴介质温度10℃以上。
图1 圆形保温结构
图2 异形保温结构
伴管伴热的管道保温宜选用硬质或半硬质形保温材料制品,如上图1、图2所示，如选用软质材料时，应在伴管和保温层之间加铁丝网以保证加热空间。各阀门及测点等易结晶的位置需安装足够的保温，并确保保温质量。另外供汽管应从主蒸汽管顶部引出，每根蒸汽伴管应单独设置疏水阀，伴热管尽量减少U型弯。
当采用导热胶泥时，一定要保证导热胶泥的敷设厚度满足规范或厂家的要求，如下图所示，导热胶泥沿管壁敷设至少满足3倍的伴热管径，伴热管外侧至少包裹1倍伴热管径厚度的导热胶泥。
图3 采用导热胶泥的保温结构
案例分析：
长春某电厂水解器出口产品气温度140℃左右，氨气管采用外伴管蒸汽伴热，氨气母管管径DN65,采用两根外伴管，管径DN20，敷设导热胶泥，保温厚度80mm，伴热蒸汽温度起始点为1.0MPa，180℃左右，现场发现以下情况：
（1）在两台机组SCR区氨气母管就地仪表监测氨气远传温度和就地温度均为115℃左右，且出现不规则波动情况。
（2）使用测温枪测SCR区氨气母管此测点附近氨气管壁温度为139℃，蒸汽管附近导热胶泥温度169℃。
（3）使用测温枪测A/B侧氨气调节阀前和氨空混合器前氨气管壁的温度为150℃左右，此处蒸汽疏水管道的温度为177℃。
问题分析：
首先，结合现场实际情况发现，系统仪表测量温度与测温枪测量温度偏差较大，怀疑仪表出现了问题，现场对现场仪表进行了校验，发现仪表无质量或显示不准确问题，并且更换了其中1件仪表，温度仍无变化。
其次，排出仪表质量问题后我们从工艺系统入手，按照图纸和规范重新排查系统，同样未发现系统问题，伴热蒸汽的参数在0.9-1.2Mpa范围波动，也满足氨气伴热的要求。
最后，从安装质量入手，现场工人拆开部分管道保温，见下图4所示。
图4 现场保温情况
检查后发现施工有以下问题：
（1） 导热胶泥未按图纸施工，远远少于要求用量，达不到应有效果；（2） 如若按未使用导热胶泥施工，现场选用软质的保温材料，未在伴管和保温层之间加铁丝网以保证加热空间，使热量大部分散失。
（3） 现场还发现部分阀门、仪表等位置保温敷设不完全，保温厚度不够等情况。
在未停机的情况下，我们首先把未保温的位置重新进行了保温，发现氨气温度上升了8℃左右。在停机后，整改了上述施工问题，最终伴热达到了设计参数，为机组安全稳定运行提供了条件。
二、采用夹套管伴热应注意的事项
夹套管的介质温度可等于或高于被伴介质温度，但温差不宜超过50℃。每段夹套管不宜超过6m。
特别注意的是当套管和内管材料不同时，应对夹套管进行柔性计算，内外管之间温差较大时应进行应力校核，防止内外管位移相差过大造成焊口开裂，同时夹套管的定位板不能影响内管的热位移。
图5 夹套管蒸汽和凝水
夹套管蒸汽由套管上部引入，凝结水由套管下部排出，见上图5。蒸汽管及凝结水管在安装时一定要确保吹扫干净，不留杂质，防止垃圾聚集在疏水管底部，堵塞管路。供汽管和疏水管需单独设置切断阀，疏水阀后应设置止回阀，避免疏水不畅的问题。
案例一：
盘山某电厂产品气采用蒸汽夹套管式伴热，伴热蒸汽180℃左右，产品气在140℃左右，现场在冬季运行时出现夹套管的疏水管冻裂情况，主要原因如下：
（1）由于初次启动在冬季，温差较大，凝液较多，在暖管时未对疏水管道的冷凝液进行排尽；
（2）疏水阀选型问题，疏水不畅，导致疏水大量积存，末端低温处长时间降温导致结冰；
（3）部分阀门前端发现吹扫时有残留杂质，堵塞管路，导致疏水阀无法疏水和流通蒸汽；
（4）运行人员误操作，疏水阀前手动截止阀一直处于关闭状态。
案例二：
沈阳某电厂和南京某电厂产品气采用蒸汽夹套管式伴热，伴热蒸汽200℃左。两项目在首次运行均出现夹套管内外管焊口开裂的情况，主要原因如下:
（1）冬季时管外管蒸汽温度与内管空气温度温差较大，初设启动时未进行缓慢暖管；内外管位移相差过大，导致焊口开裂。
（2）由于内管采用316L，外管采用20#，两种管道材质不同，未对夹套管进应力校核。
（3）焊接质量问题，现场未对焊口进行检测。
通过以上实例可以看出，产品气管道无论采用外伴管伴热还是采用夹套管伴热，在设计、施工、运行上都有很多容易忽略的问题，尿素制氨系统一般为公用系统，针对机组较多的情况尤为注意，一个小细节的疏忽可能导致全厂所有机组的停运或环保事件。因此，我们在项目实际执行时，严格把好质量关，为每台机组的安全、可靠运行打好基础。
信息来源：环保资讯技术共享平台
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