姚鵬飛

(山西晉豐煤化工有限責任公司山西高平048400)

NHD脫碳裝置高壓閃蒸槽改造總結(jié)

姚鵬飛

(山西晉豐煤化工有限責任公司山西高平048400)

山西晉豐煤化工有限責任公司(以下簡稱晉豐公司)2套合成氨系統(tǒng)均采用NHD脫碳工藝。第2套NHD脫碳裝置自2008年開車以來，低壓閃蒸氣中CO2含量一直偏低，在96%～97%(體積分數(shù))，后通過提高高壓閃蒸槽液位、提高系統(tǒng)壓力以及降低高壓閃蒸槽壓力等辦法來暫時提高低壓閃蒸氣中CO2含量，其體積分數(shù)最高也只能達到97%左右。利用小修機會打開低壓閃蒸槽人孔，發(fā)現(xiàn)低壓閃蒸槽溶液進口槽式液體預分布器被擊穿，高壓閃蒸槽富液夾氣。為此，對NHD脫碳裝置高壓閃蒸槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改造，提高了富液解吸效果，使富液夾氣現(xiàn)象得到了改善。

1 工藝流程

1.1 氣體流程

從變換氣脫硫工段來的壓力為1.8MPa、含CO2體積分數(shù)為28%的氣體經(jīng)干法脫硫槽、變脫氣水冷器、氣水分離器后進入三氣(變換氣、凈化氣和低壓閃蒸氣)換熱器，換熱后再進入氣水分離器;分離水分后的氣體進入脫碳塔底部，氣體自下而上與從上而下的－5～0℃的NHD溶液逆流接觸以脫除CO2，塔頂出來的凈化氣經(jīng)分離器分離夾帶的液滴后進入三氣換熱器回收冷量，然后送往后工段。

1.2 液體流程

來自汽提塔塔底的貧液經(jīng)脫碳泵加壓后送往溶液氨冷器，溫度降至－5～0℃，然后送往脫碳塔頂部;吸收CO2氣體后的富液經(jīng)渦輪泵回收能量后送往高壓閃蒸槽(壓力控制在約0.50MPa)，初步閃蒸出CO2，H2，N2后的NHD溶液減壓后送往低壓閃蒸槽(壓力約0.02MPa)，閃蒸出的CO2送往尿素工段;低壓閃蒸后的NHD溶液經(jīng)U形管流入汽提塔頂部，用空氣汽提出NHD溶液中殘存的CO2氣體，貧液經(jīng)脫碳泵加壓后進行下一個循環(huán)。

1.3 汽提空氣流程

汽提空氣由羅茨鼓風機抽引，經(jīng)空氣過濾器后進入空氣換熱器與汽提氣換熱回收冷量，然后進入空氣分離器分離水分，再經(jīng)п形管道從汽提塔底進入，自下而上對汽提塔頂來的NHD溶液進行汽提解吸;塔頂出來的汽提氣經(jīng)解吸氣分離器分離夾帶的液滴后進入空氣換熱器回收冷量，然后經(jīng)羅茨鼓風機出口放空。

1.4 脫水流程

當NHD溶液含水質(zhì)量分數(shù)＞3%時，從低壓閃蒸槽U形管底引出部分NHD溶液，經(jīng)溶液過濾器進入脫水系統(tǒng)。進入脫水系統(tǒng)的NHD溶液分2路:一路進脫水塔塔頂冷凝器殼程，與脫水塔出口高溫氣體換熱后進脫水塔;另一路經(jīng)溶液熱交換器管程，與脫水塔底出來的NHD溶液換熱，溫度升高后進入脫水塔。進入脫水塔的NHD溶液與脫水塔中上升蒸汽逆流接觸進一步換熱后從脫水塔中部出來進入溶液蒸發(fā)器，在此用蒸汽將NHD溶液加熱后再進入脫水塔。脫水塔頂部出來的氣體經(jīng)塔頂冷凝器管程與殼程的NHD溶液換熱后，由塔頂引出進入脫水塔水冷器殼程，進一步冷卻后進入冷凝液槽，冷凝液排地溝，不凝氣放空。從脫水塔底部引出的NHD溶液經(jīng)溶液熱交換器殼程換熱降溫后，由溶液泵加壓至0.4MPa，一部分送至板式換熱器進一步冷卻后送入汽提塔，另一部分送至溶液儲槽;不合格的溶液返回脫水塔繼續(xù)脫水。

2 運行中存在的問題及原因分析

2.1 NHD溶液起泡而使高壓閃蒸槽液位失真

晉豐公司高壓閃蒸槽液位計只能測量單一介質(zhì)的液位。當NHD溶液起泡后，高壓閃蒸槽內(nèi)實際形成了NHD溶液和NHD泡沫2種不同密度的介質(zhì)，此時液位計指示高度不能真實反映高壓閃蒸槽內(nèi)NHD溶液液位或泡沫的總高度，其失真程度取決于泡沫的高度和密度，即NHD溶液起泡嚴重程度。引起NHD溶液起泡的可能原因有物理性污染和化學性污染。由于NHD溶液受污染，污染物沉積于液位變送器的取壓管中，導致液位顯示不準。系統(tǒng)檢修時，將高壓閃蒸槽液體排空后，遠傳液位計仍顯示有20%左右的液位;將遠傳液位計拆開后，發(fā)現(xiàn)有填料碎片和較多黑泥沉積在遠傳液位計的隔膜表面。

2.1.1 物理性污染

開車前，系統(tǒng)內(nèi)未吹掃干凈的焊渣、空氣汽提時帶入的灰塵、回收的NHD溶液帶進的油污、由活性炭脫硫系統(tǒng)帶入的活性炭粉末等都會對NHD溶液造成污染。因活性炭脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)故障，原始開車后不久，有大量活性炭被帶入到脫碳系統(tǒng)的溶液中，溶液污染嚴重。

2.1.2 化學性污染

NHD溶液在吸收CO2的同時，原料氣中的H2S也會被NHD溶液吸收。雖然晉豐公司變脫氣中H2S質(zhì)量濃度≤5.1mg/m3，氣體分壓很低，但NHD吸收H2S的能力為吸收CO2的9倍，變換氣帶入的H2S進入NHD脫碳系統(tǒng)，“三氣”(凈化氣、低壓閃蒸氣、汽提氣)能將其中的3/4帶出，剩余的1/4在汽提塔內(nèi)經(jīng)空氣汽提后被氧化為單質(zhì)硫。由于NHD溶液循環(huán)使用，隨著時間的推移和變脫氣中H2S含量偶爾超標，氧化生成的單質(zhì)硫和粉塵等污染物會在NHD溶液中逐漸累積，溶液顏色逐漸由淺黃色變棕色直至墨色，NHD溶液污染嚴重。NHD溶液受污染后，雖溶液中的NHD本身性質(zhì)未發(fā)生變化，但因單質(zhì)硫、粉塵等固體顆粒的存在，NHD溶液的整體吸收能力降低、黏度增大，造成凈化氣中CO2含量偏高;這些顆粒物還會附著在填料表面和管道內(nèi)壁上，特別是在進行熱交換時，易堵塞換熱器和氨冷器列管，降低換熱效率。

2.2 高壓閃蒸槽填料層偏低造成解吸不完全

因富液解吸主要是在填料層中進行的，傳質(zhì)面積小、溶液循環(huán)量偏大，造成停留時間短，也會引起富液夾氣。

2.3 高壓閃蒸槽底部出液管無破渦旋裝置

若高壓閃蒸槽底部出液管無破渦旋裝置，會使出高壓閃蒸槽富液夾氣嚴重。在檢修時發(fā)現(xiàn)，破渦旋裝置已損壞，為此，決定利用系統(tǒng)大修機會對脫碳系統(tǒng)高壓閃蒸槽進行改造，同時對溶液氨冷器、空氣換熱器進行疏通。

3 改造方案

改造前、后高壓閃蒸槽結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 改造前、后高壓閃蒸槽結(jié)構(gòu)示意

(1)將高壓閃蒸槽外部保溫材料全部去除，卸出內(nèi)部填料，高壓閃蒸槽填料柵板及工字鋼梁向上提高500mm，重新焊接填料柵板支撐圈。

(2)遠傳液位變送器上限接口、高壓閃蒸槽平衡孔同時向上提高500mm，原遠傳液位變送器上限接口和原平衡孔用盲板封死。

(3)新增卸料孔，具體位置參見圖1。

(4)去除原氣體除沫段填料柵板及填料壓板，保留各支撐圈及工字鋼梁。

(5)新增溶液進口，原溶液進口用盲板封死。原溶液預分布器、可拆式槽盤式分布器分別放置在原除沫段填料壓板支撐圈、除沫段填料柵板支撐圈及工字鋼梁上。

(6)原高壓閃蒸槽填料壓板、工字鋼梁及填料壓板支撐圈同時向上提高，具體位置參見圖1。

(7)將高壓閃蒸槽內(nèi)填料更換為Φ25mm聚丙烯鮑爾環(huán)，進一步擴大傳質(zhì)面積;在高壓閃蒸槽底部出液管口增設破渦旋裝置。

(8)高壓閃蒸槽、低壓閃蒸槽溶液進口管均改為雙向進液，即在原溶液預分布器基礎上增加1根聯(lián)通管線，并在聯(lián)通管線正對處補焊加強板。施工結(jié)束后，恢復設備和管線的保溫材料。

4 運行效果

改造后，在工況及其他參數(shù)基本相同的情況下，脫碳系統(tǒng)低閃氣中CO2體積分數(shù)由96%～97%提高至98%以上。每班開啟1次高閃氣分離器導淋，只有極少量的NHD溶液，基本不存在霧沫夾帶現(xiàn)象。每次系統(tǒng)檢修時，打開低壓閃蒸槽人孔未發(fā)現(xiàn)槽式液體預分布器破損現(xiàn)象。下一步計劃將脫水裝置中的陶瓷溶液過濾器位置改至溶液換熱器后，以提高NHD溶液溫度、降低溶液黏度，便于過濾，從而改善NHD溶液品質(zhì)。

2014-02-09)