李裕超 王雪妮 胡超

(山東晉煤明水化工集團(tuán)有限公司山東章丘250200)

Φ 2 500 mm氨合成系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)

李裕超 王雪妮 胡超

(山東晉煤明水化工集團(tuán)有限公司山東章丘250200)

0 前言

根據(jù)政府提出的“退城進(jìn)園”戰(zhàn)略部署，同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)行情，山東晉煤明水化工集團(tuán)有限公司于2013年9月關(guān)停了城區(qū)內(nèi)的老廠，同步實(shí)施了400 kt/a尿素(新型)等量搬遷技改項(xiàng)目，本著“節(jié)能環(huán)保、增產(chǎn)降耗”的原則，同時(shí)結(jié)合新廠區(qū)現(xiàn)有裝置配置，在甲醇裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行醇聯(lián)氨改造，配套合成氨裝置1套。經(jīng)多方考察和論證，決定選用南京國(guó)昌化工科技有限公司的氨合成設(shè)備和“非等壓醇烷化凈化”新工藝，合成系統(tǒng)采用GC-R123YZB型Φ 2 500 mm氨合成塔內(nèi)件。該裝置于2013年6月開(kāi)工，2014年10月投產(chǎn)，從原始開(kāi)車(chē)至現(xiàn)在的生產(chǎn)運(yùn)行情況看，具有生產(chǎn)能力大、系統(tǒng)阻力小、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。

1 工藝流程

1.1 塔內(nèi)流程

大部分氣體由零米層經(jīng)過(guò)第1段(軸向段)催化劑層反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體進(jìn)入外分布器，與調(diào)節(jié)閥后的氣體(F1)混合降溫后經(jīng)過(guò)分布器外圍小孔進(jìn)入內(nèi)筒體環(huán)隙，再經(jīng)魚(yú)鱗筒分布器，徑向進(jìn)第2段(徑向段)催化劑層反應(yīng);反應(yīng)后的氣體經(jīng)上部換熱器外筒體氣孔導(dǎo)入換熱器上部管間，沿折流板向下與管內(nèi)氣體(F2)換熱降溫，然后進(jìn)入二段和三段之間的氣室，沿周?chē)鷼饪走M(jìn)入內(nèi)筒體環(huán)隙，經(jīng)魚(yú)鱗筒分布器徑向進(jìn)第3段(徑向段)催化劑層反應(yīng);反應(yīng)后的氣體經(jīng)中間換熱器外筒體氣孔導(dǎo)入換熱器上部管間，沿折流板向下與管內(nèi)氣體(F3)換熱降溫，再進(jìn)入三段和四段間氣室，沿周?chē)鷼饪走M(jìn)入內(nèi)筒體環(huán)隙，經(jīng)魚(yú)鱗筒分布器徑向進(jìn)第4段(徑向段)催化劑層反應(yīng);反應(yīng)后的氣體通過(guò)中心管套筒上的氣孔進(jìn)入套筒后向下進(jìn)入下部換熱器封頭內(nèi)，經(jīng)管內(nèi)與管外氣體(主進(jìn)氣)換熱降溫后，由下封頭出氨合成塔，直接進(jìn)入廢熱鍋爐。

1.2 系統(tǒng)工藝流程

來(lái)自合成循環(huán)機(jī)的合成氣經(jīng)循環(huán)氣油分離器后分為2路，一路進(jìn)氨合成塔外筒與內(nèi)件之間環(huán)隙冷卻塔壁，出來(lái)后進(jìn)入塔前換熱器的殼程中部，與另一路進(jìn)入塔前換熱器殼程的氣體混合，經(jīng)換熱至215～225℃進(jìn)入氨合成塔內(nèi)反應(yīng)。氨合成塔出口350～380℃的氣體進(jìn)入廢熱鍋爐換熱，副產(chǎn)約3.8 MPa中壓飽和蒸汽，溫度降至250～260℃，然后進(jìn)入熱交換器管內(nèi)與入塔的氣體換熱，溫度降至＜80℃進(jìn)入水冷排;經(jīng)水冷排冷卻降溫至約37℃后進(jìn)入溴化鋰?yán)鋮s器，通過(guò)涼軟水降低氣體溫度后，進(jìn)入冷交換器的管程進(jìn)一步降低溫度;反應(yīng)氣中的氨大部分在水冷器和冷交換器中被冷凝，冷凝的液氨在冷交換器下部分離段被一次分離，分離下來(lái)的液氨送液氨球罐;分離液氨后的氣體送一級(jí)、二級(jí)氨冷凝器的管程進(jìn)一步冷卻，氣相中的氨被進(jìn)一步冷凝;冷卻至約－10℃的氣液混合氣與甲烷化系統(tǒng)送來(lái)的新鮮氣匯合，混合氣中的液氨洗滌補(bǔ)充氣中含有微量(CO+CO2)和飽和水，再進(jìn)入氨分離器進(jìn)行二次分氨;分離下來(lái)的液氨送液氨球罐，分氨后的氣體送冷交換器的上部換熱器的殼程回收冷量，溫度升至約32℃進(jìn)合成循環(huán)機(jī)，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

2 主要設(shè)備

主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

3 運(yùn)行情況

合成系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力22.0 MPa，開(kāi)車(chē)后系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行壓力17.5 MPa左右，系統(tǒng)壓差1.1 MPa左右，氨合成塔壓差0.5 MPa左右，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。前工段5臺(tái)6M50-8/49-220型高壓機(jī)供氣，同時(shí)32 MPa氨合成系統(tǒng)通過(guò)氫氮壓縮機(jī)七段出口氣管線(xiàn)串至Φ 2 500 mm合成系統(tǒng)提供部分新鮮氣量，保證系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行。根據(jù)高壓機(jī)氣量及氫氮壓縮機(jī)七段出口補(bǔ)充新鮮氣量估算，合成新鮮氣量＞100 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，產(chǎn)氨接近900 t/d，達(dá)到設(shè)計(jì)值，根據(jù)目前壓力及壓差情況看，系統(tǒng)仍有增產(chǎn)余地。氨合成塔主要熱點(diǎn)溫度見(jiàn)表2，主要運(yùn)行指標(biāo)見(jiàn)表3。

表1 主要設(shè)備參數(shù)

表2 氨合成塔主要熱點(diǎn)溫度℃

表3 主要運(yùn)行指標(biāo)

4 工藝裝置特點(diǎn)及存在問(wèn)題

4.1 合成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

氨合成塔內(nèi)件技術(shù)先進(jìn)，催化劑層采用一軸三徑型式，軸向段采用新型氣體混合分布技術(shù)，氨合成塔操作彈性大，徑向二次分布?xì)怏w分布均勻，同平面溫差小;采用冷激加段間冷卻調(diào)溫形式，操作容易，氨凈值高;軸徑向結(jié)合，以徑向?yàn)橹?，塔阻力明顯降低，氨合成塔阻力(含直連廢熱鍋爐)在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)下在0.5 MPa左右，系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能顯著;采用直連廢熱鍋爐技術(shù)，高溫氣體不易泄漏，余熱回收量大，副產(chǎn)蒸汽品質(zhì)高;合成系統(tǒng)氨分離器、油分離器均采用微濾技術(shù)，經(jīng)過(guò)旋流分離、不銹鋼絲網(wǎng)、微濾濾芯三重過(guò)濾，分離精度能達(dá)到1 μm，大幅提高氣體的分離效率。

4.2 系統(tǒng)存在問(wèn)題

(1)系統(tǒng)泄漏。系統(tǒng)開(kāi)車(chē)后，循環(huán)氣油分離器及熱交換器大蓋密封面出現(xiàn)泄漏，雖然經(jīng)過(guò)緊固處理后情況有所好轉(zhuǎn)，但未徹底解決，影響著系統(tǒng)運(yùn)行安全。計(jì)劃待32 MPa氨合成系統(tǒng)更換催化劑開(kāi)車(chē)運(yùn)行正常后，新合成系統(tǒng)全停處理，更換泄漏的墊圈，徹底消除安全隱患。

(2)氨合成塔入塔氣中氨體積分?jǐn)?shù)偏高。雖然分析有一定偏差，但從目前氨冷器溫度及系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，實(shí)際入塔氣中氨體積分?jǐn)?shù)＞3%;而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，氨冷器溫度應(yīng)控制在－15℃左右，在系統(tǒng)壓力(18 MPa)下入塔氣中氨體積分?jǐn)?shù)才能降至＜3%。由于崗位操作人員考慮冰機(jī)負(fù)荷及習(xí)慣性操作原因(老合成系統(tǒng)氨冷器溫度一般控制在－5℃左右)，目前氨冷器溫度控制在－5℃左右，但綜合考慮冰機(jī)電耗影響及合成氨分離效率，實(shí)際運(yùn)行并不經(jīng)濟(jì)，待系統(tǒng)檢修結(jié)束重新開(kāi)車(chē)后需對(duì)指標(biāo)進(jìn)一步調(diào)整，進(jìn)一步提高裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

(3)管道振動(dòng)。隨著系統(tǒng)逐步負(fù)荷加大、氣體流速增加，特別是循環(huán)機(jī)進(jìn)、出口總管受循環(huán)機(jī)壓縮脈沖影響，致使管道振動(dòng)加劇，且開(kāi)車(chē)一段時(shí)間后，部分固定管架出現(xiàn)松動(dòng)，雖然崗位人員及時(shí)進(jìn)行了整改、加固，仍然未能消除。下一步準(zhǔn)備在振動(dòng)嚴(yán)重部位加強(qiáng)固定和防護(hù)，崗位人員加強(qiáng)針對(duì)性巡檢，逐漸減輕和消除此類(lèi)振動(dòng)，保證生產(chǎn)安全、正常運(yùn)行。

總之，南京國(guó)昌化工科技有限公司的GCR123YZB型Φ 2 500 mm氨合成系統(tǒng)通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐表現(xiàn)出很多優(yōu)點(diǎn)，低壓合成系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性逐漸顯現(xiàn)。同時(shí)，生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題隨著生產(chǎn)管理與生產(chǎn)技術(shù)的提高也逐步得到改善。

2015-07-10)