以水煤氣和焦?fàn)t氣的混合氣為原料的合成裝置運(yùn)行總結(jié)

趙小飛，周 峰，潘偉峰，張 亮

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司， 山西稷山 043200)

1 裝置概況

山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司(簡稱豐喜泉稷)氨合成工藝設(shè)計(jì)和內(nèi)件生產(chǎn)由河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司、石家莊正元塔器設(shè)備有限公司負(fù)責(zé)完成，氨合成采用JR型Φ2 600mm三段全徑向合成塔內(nèi)件，工藝采用一進(jìn)一出流程，配合采用雙廢鍋、雙冷交、雙水冷(配溴化鋰制冷機(jī)組)、一氨冷等設(shè)備，節(jié)能效果明顯。設(shè)計(jì)進(jìn)氣量4×105m3/h(標(biāo)態(tài))，設(shè)計(jì)壓力13.5MPa，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 000t/d。合成氣壓縮選用新錦化汽輪機(jī)拖動(dòng)離心式壓縮機(jī)、循環(huán)機(jī)二合一機(jī)組，氨冰機(jī)選用沈鼓集團(tuán)電拖動(dòng)離心式冰機(jī)，催化劑選用鄭州市安泰科技有限公司生產(chǎn)的HA202W型鐵系催化劑，裝填量60m3/h(標(biāo)態(tài))。整套裝置于2015年12月投運(yùn)試運(yùn)行。

2 工藝流程及特點(diǎn)

2.1 流程概述

來自液氮洗3.1MPa，40 ℃的精制氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)三級壓縮后與合成工段來的循環(huán)氣混合后進(jìn)入循環(huán)段加壓至13.5MPa(表壓)，溫度63 ℃，送入熱交換器，與來自低壓蒸汽發(fā)生器的出塔熱氣換熱，溫度升至155 ℃后送至氨合成塔，在催化劑作用下進(jìn)行氨合成反應(yīng)，出口氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)升至18.5%。

反應(yīng)后的合成氣進(jìn)入中壓蒸汽發(fā)生器副產(chǎn)2.5MPa(表壓)的飽和蒸汽，溫度由392 ℃降至236 ℃進(jìn)低壓蒸汽發(fā)生器，副產(chǎn)0.7MPa(表壓)低壓蒸汽，合成氣進(jìn)一步降溫至180 ℃進(jìn)入熱交換器，與來自壓縮機(jī)的入塔氣換熱降溫至77 ℃后進(jìn)入蒸發(fā)水冷，進(jìn)一步冷卻至40 ℃。依次進(jìn)入冷交換器Ⅰ、深度水冷、冷交換器Ⅱ，與來自高壓氨分的冷氣換熱，溫度降至9.7 ℃，合成氣進(jìn)入氨冷，溫度降至-10 ℃進(jìn)入高壓氨分離器。液氨在高壓氨分離器中分離出來，液氨經(jīng)減壓至3.2MPa(表壓)后送入中壓氨分，閃蒸出來的氣體和新鮮氣匯合后去壓縮機(jī)入口，下部得到的氨產(chǎn)品送去氨換熱器回收冷量，產(chǎn)品液氨從-8 ℃升高到8 ℃去液氨球罐。

高壓氨分離器出來的循環(huán)氣先后送至冷交換器Ⅱ、冷交換器Ⅰ回收冷量，再送至壓縮機(jī)的循環(huán)段入口。

2.2 工藝技術(shù)特點(diǎn)

(1) 采用氨合成塔與中壓蒸汽發(fā)生器直連技術(shù)，減少了高溫高壓工藝氣管道投資，安全性能大大提高，同時(shí)副產(chǎn)2.5MPa(表壓，28t/h)和0.7MPa(表壓，24t/h)飽和蒸汽。

(2) 采用溴化鋰制冷，副產(chǎn)的0.7MPa(表壓)飽和蒸汽在滿足兩臺溴化鋰機(jī)組最大負(fù)荷時(shí)熱源的情況下，還可外送低壓蒸汽5t/h。

(3) 采用一級氨冷工藝，與傳統(tǒng)的兩級氨冷相比，氨壓縮機(jī)功耗降低。

(4) 氨合成塔內(nèi)件采用三段全徑向觸媒筐，具有阻力小、氨凈值高、催化劑使用壽命長、調(diào)節(jié)靈活等特點(diǎn)。

3 運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及解決方式

3.1 低壓氮?dú)鈮毫Σ环€(wěn)，造成合成氣壓縮機(jī)跳車

事故經(jīng)過：2016年3月22日18:32，合成氣壓縮機(jī)中控主操發(fā)現(xiàn)低壓氮?dú)鈮毫Σ▌?dòng)大，隨即通知相關(guān)人員，在調(diào)度協(xié)調(diào)過程中，由于低壓氮?dú)鈮毫ο陆颠^快，直到0.25MPa，造成合成氣壓縮機(jī)油泵跳車，從而導(dǎo)致合成氣壓縮機(jī)跳車。

事故原因分析：低壓氮?dú)膺M(jìn)入合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)前沒有設(shè)置緩沖罐，在開車初期，由于各工段時(shí)常需要使用低壓氮?dú)猓菀自斐傻蛪旱獨(dú)夤芫W(wǎng)壓力波動(dòng)，從而導(dǎo)致合成氣壓縮機(jī)跳車。

處理措施：停車后在低壓氮?dú)膺M(jìn)入合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)前增加一臺容積為5m3的緩沖罐，降低低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力的波動(dòng)；將合成氣壓縮機(jī)潤滑油泵因低壓氮?dú)鈮毫Φ投嚨穆?lián)鎖值由0.25MPa改為0.20MPa；增加協(xié)調(diào)處理時(shí)間。

3.2 冰機(jī)一段分離器帶液

在系統(tǒng)開車或加量時(shí)，由于操作等原因，經(jīng)常導(dǎo)致冰機(jī)一段分離器帶液，造成冰機(jī)系統(tǒng)跳車。

事故原因分析：液氨泵打液量不好，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)冰機(jī)一段分離器帶液時(shí)，一段分離器下方液氨屏蔽泵會(huì)自啟動(dòng)，將分離器內(nèi)液氨泵到冰機(jī)小槽內(nèi)，但由于一段分離器安裝位置過低，與泵進(jìn)口落差小，加上一段分離器正常運(yùn)行時(shí)是負(fù)壓，泵打液量不好；液氨泵打液量過小，泵流量僅為2m3/h；聯(lián)鎖設(shè)置不合理，當(dāng)液位達(dá)到50%時(shí)啟動(dòng)第一臺液氨泵；液位達(dá)90%時(shí)，啟動(dòng)第二臺液氨泵；液位達(dá)95%時(shí)，冰機(jī)跳車，一段分離器液位計(jì)過小，量程只有500mm，當(dāng)瞬間帶液量較大時(shí)，往往泵剛啟動(dòng)就達(dá)到液位高限造成聯(lián)鎖跳車。

處理措施：首先改變液氨泵自啟動(dòng)聯(lián)鎖值，當(dāng)液位達(dá)到20%時(shí)啟動(dòng)第一臺液氨泵，液位達(dá)50%時(shí)啟動(dòng)第二臺液氨泵，液位達(dá)95%時(shí)冰機(jī)跳車；其次更換一臺流量為5m3/h的液氨泵，在一段分離器底部、液氨泵進(jìn)口增加一臺10m3液氨緩沖罐，來加大一段分離器的緩沖容積；由于空間有限，在增加緩沖罐后，液氨液位與泵進(jìn)口的落差變小，導(dǎo)致泵依然無法正常打液，設(shè)法在緩沖罐底部增加一路去尿素底池的管道，當(dāng)緩沖罐液位達(dá)到50%左右時(shí)，將緩沖罐進(jìn)口閥門關(guān)閉，向其中充入氮?dú)庠鰤海繅翰顚⒕彌_罐內(nèi)液氨壓至尿素底池。

4 改造效果

目前運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)值對比見表1。

表1 改造后運(yùn)行值與設(shè)計(jì)值的對比

5 結(jié)語

經(jīng)過一年多的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐證明，合成裝置運(yùn)行平穩(wěn)，平均日產(chǎn)合成氨1 060 t，合成系統(tǒng)壓力在12.5 MPa左右，熱點(diǎn)溫度控制在(500±5)℃，同平面溫差<5 ℃，系統(tǒng)壓差為0.6 MPa，合成塔壓差為0.25 MPa。裝置運(yùn)行指標(biāo)達(dá)國內(nèi)先進(jìn)水平。