合成氨變換中溫換熱器阻力增大原因及對策

高曉靜

（兗礦魯南化肥廠，山東 滕州 277527）

合成氨變換中溫換熱器阻力增大原因及對策

高曉靜

（兗礦魯南化肥廠，山東 滕州 277527）

對合成氨凈化系統(tǒng)中溫換熱器管程出口水煤氣溫度下降、系統(tǒng)壓力降逐步上升的原因進行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中溫換熱器水煤氣一側(cè)的“U”列管內(nèi)附著大量黑色細小煤粉和結(jié)晶物造成了阻力增大。通過清洗換熱器消除了阻塞，同時提出了預(yù)防措施，避免再次事故發(fā)生。

變換；中溫換熱器；阻力

某廠300 kt/a合成氨裝置的凈化系統(tǒng)，把德士古加壓氣化來得的水煤氣經(jīng)過CO全變換、聚乙二醇二甲醚（NHD）脫硫、脫碳，甲烷化制得CO+CO2體積分數(shù)≤10×10-6的精制氣送往氨合成系統(tǒng)。其中變換系統(tǒng)采用中串低變換工藝，水煤氣經(jīng)過水煤氣分離器，中溫換熱器，第1中變爐、第2中變爐、低變爐，中間利用廢鍋回收余熱，最終得到CO體積分數(shù)≤0.5%的變換氣。

1 流程介紹

如圖1，德士古加壓氣化來的水煤氣壓力3.8 MPa、溫度214℃，進入水煤氣分離器進行氣液分離后進入中溫換熱器管程，被加熱后的水煤氣進入第1中變爐進行CO變換反應(yīng)。從第1中變爐出來的變換氣進入中溫換熱器的殼程與管程的氣體換熱。中溫換熱器是雙“U”型管臥式換熱器，一側(cè)管程走水煤氣，一側(cè)管程走脫碳氣。一變爐的入口溫度控制在（260±20）℃，通過中溫換熱器走水煤氣一側(cè)的冷線自調(diào)閥TV6201和水煤氣副線控制。

2 事故經(jīng)過及原因分析

2010年7月4日，氨凈化操作人員發(fā)現(xiàn)第1中變爐入口溫度比設(shè)定的溫度低（設(shè)定為252℃），此時入口溫度調(diào)節(jié)閥TV6201也自動關(guān)閉，于是操作人員立即通知現(xiàn)場及儀表人員，檢查確認TV6201自調(diào)是否出現(xiàn)故障。確認自調(diào)閥開關(guān)正常后，操作人員以為現(xiàn)場中溫換熱器水煤氣副線截止閥開度大造成的，于是下令現(xiàn)場人員去調(diào)節(jié)副線閥，經(jīng)確認副線閥只有1圈的開度，閥門關(guān)閉后第1中變爐入口溫度由原來的247℃升至247.5℃。當班操作人員立即聯(lián)系車間管理人員查明問題，系統(tǒng)繼續(xù)生產(chǎn)，第1中變爐入口溫度繼續(xù)下降。為了不使爐溫持續(xù)下降造成垮爐溫，氣化盡量提高水煤氣溫度，系統(tǒng)減量生產(chǎn)減小空速，維持爐溫。

圖1 變換局部流程Fig 1 Transformation flow chart

7月8日，第1中變爐入口溫度下降到243℃，此時第1中變爐床層溫度也在下降，上層下點已降到催化劑活性溫度400℃以下，同時發(fā)現(xiàn)整個變換系統(tǒng)的壓差由原來的0.3 MPa上升到0.6 MPa，于是被迫停車。

通過排除的手段對氨凈化工段到變換爐入口這段管線整體分析排查，原因分析如下。

1）最初分析認為是氣化帶水，或水煤氣分離器液位假指示導(dǎo)致中溫換熱器出口水煤氣溫度低，于是對水煤氣管線低點導(dǎo)淋排水，同時通知儀表人員校驗水煤氣分離器一次表。結(jié)果發(fā)現(xiàn)水煤氣導(dǎo)淋排出的只有氣體，并沒有水，儀表液位計指示也正常，排除了此種情況。

2）繼續(xù)分析有可能是中溫換熱器走水煤氣一側(cè)的“U”管有漏點，使水煤氣漏入中溫換熱器殼程的變換氣中，使第1中變爐入口溫度降低，那么第2中變爐和低變爐出口CO含量會超標。通知對2個變換爐出口CO取樣分析，結(jié)果表明，2個變換爐出口CO的體積分數(shù)分別為0.66%和0.46%，都在正常范圍內(nèi)，所以此種原因排除。

3）如果是中溫換熱器走脫碳氣一側(cè)的“U”管有漏點導(dǎo)致水煤氣溫度下降，那么殼程的變換氣會串入脫碳氣中，甲烷化爐溫會暴漲，但通過觀察發(fā)現(xiàn)甲烷化爐溫正常，因此也排除了這種情況。

4）從入氣液分離器到中溫換熱器水煤氣出口只有2個溫度儀表控制點，發(fā)現(xiàn)這2點之間的溫度差比以前小了幾十攝氏度，以前TV6201最低有20%以上的開度，現(xiàn)在換熱溫差減小，變換系統(tǒng)阻力也增大了0.3 MPa。認為有可能是水煤氣分離器的絲網(wǎng)除沫器堵塞或者是內(nèi)件損壞掉落堵塞管道，技術(shù)人員用標準表對水煤氣進出口管壓力進行測量，發(fā)現(xiàn)壓差只有2 kPa，這說明分離器沒有問題，問題可能出在中溫換熱器上。

5）用標準壓力表對中溫換熱器走水煤氣一側(cè)的“U”管進出口壓力進行測量，測量后發(fā)現(xiàn)進出口壓差增大，有0.29 MPa，而其設(shè)計壓力為0.18 MPa，所以判定水煤氣一側(cè)的“U”管有堵塞現(xiàn)象。2010年6月30日到2010年7月2日，氣化煤氣洗滌系統(tǒng)中的水洗塔液位低于正常值，為控制液位必須補充大量的冷凝水，造成合成氣帶水嚴重同時氣量波動較大，加減量頻繁。變換系統(tǒng)水煤氣分離器液位經(jīng)常高限。氣化因水洗塔液位控制不穩(wěn)被迫停車，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，水洗塔塔盤損壞，塔盤上積灰嚴重，洗滌效果差，合成氣中夾帶大量水氣、煤灰、N等物質(zhì)進入氨凈化系統(tǒng)。

停車后拆下?lián)Q熱器封頭，檢查發(fā)現(xiàn)中溫換熱器走水煤氣一側(cè)的“U”列管內(nèi)附著大量的黑色細小煤粉和結(jié)晶物。經(jīng)檢測附著的結(jié)晶物為碳銨結(jié)晶體，而中溫交換器前后溫度情況正好符合碳酸氫銨或碳酸銨的結(jié)晶，所以斷定中溫換熱器管程出口水煤氣溫度下降的原因是由于大量的煤粉和碳銨結(jié)晶物造成中溫換熱器堵塞，致使系統(tǒng)壓差增大而引起的。

3 解決對策

系統(tǒng)停車后，對整個變換系統(tǒng)置換。分析合格后，對中溫換熱器前后設(shè)備加盲板隔離處理后，使用高壓水槍對每根“U”列管管束進行水洗，沖出的污水中有很多黑色的細小煤粉和白色結(jié)晶小顆粒，經(jīng)過反復(fù)沖洗后，直至流出干凈的水為止。

7月10日氨凈化系統(tǒng)開車，通過TV6201和水煤氣副線第1中變爐入口溫度能夠及時跟蹤調(diào)節(jié)，變換系統(tǒng)壓差為0.35 MPa。7月12日，對中溫換熱器走水煤氣一側(cè)的“U”管進出口壓差進行測量，結(jié)果為0.12 MPa，比水洗前降低了0.17 MPa。同時通過對第1中變爐入口溫度的調(diào)節(jié)使床層溫度穩(wěn)定，出口CO含量正常。

此類事故的起因是氣化爐帶灰使洗滌塔液位不穩(wěn)定，塔盤損壞，洗滌效果差，致使大量的水夾帶著煤灰和氨等物質(zhì)帶入氨凈化系統(tǒng)。正常情況下，中溫換熱器中水煤氣溫度在300℃以上，銨鹽結(jié)晶很難發(fā)生的。主要是大量的煤灰夾帶著氨氮物質(zhì)粘附在列管管壁上，積灰嚴重，內(nèi)層溫度低就析出一些鹽類物質(zhì)。因此解決中溫換熱器堵塞問題最主要的因素在于控制氣化爐帶灰問題。具體措施如下：

1）穩(wěn)定氣化爐負荷，防止系統(tǒng)壓力波動，系統(tǒng)一旦超壓，立即放空；

2）保持系統(tǒng)的水平衡穩(wěn)定，適當提高氣化爐的液位，嚴禁水洗塔液位大幅度波動；

3）排查所有進入氣化爐界區(qū)的水質(zhì)，每天對水質(zhì)進行分析比較，觀察變化趨勢，并采取相應(yīng)措施進行控制。根據(jù)分析數(shù)據(jù)情況，定期對系統(tǒng)水質(zhì)進行置換；

4）根據(jù)灰熔點情況，及時調(diào)整汽化爐爐溫，確保爐溫穩(wěn)定在指標之內(nèi)。通過監(jiān)控煤質(zhì)、煤漿含量情況，穩(wěn)定氣化爐外圍運行環(huán)境；

5）凈化人員加強水煤氣分離器的排放，防止液位過高；

6）操作人員注意第1中溫變換爐入口溫度變化情況，及時分析與匯報；

7）技術(shù)管理人員定期對中溫換熱器的壓差進行測量，及時掌握系統(tǒng)阻力情況；

8）利用停車的機會對中溫換熱器進行檢查，若發(fā)現(xiàn)有少量的煤灰及銨鹽及時清除掉，避免積少成多。

4 結(jié)束語

為防止中溫換熱器不再發(fā)生堵塞現(xiàn)象，從氣化工序到氨凈化工序都采取了積極有效的預(yù)防措施。自2010年7月10日開車后連續(xù)穩(wěn)定運行。從停車檢修情況看，水洗塔塔盤沒有發(fā)現(xiàn)明顯積灰現(xiàn)象，混合器和合成氣管線潔凈，中溫換熱器無積灰現(xiàn)象；從設(shè)備運行情況看，無帶灰現(xiàn)象，中溫換熱器阻力及第1中溫變換爐入口溫度無異常變化。

Cause Analysis and Countermeasures for Resistance Increases of Medium Temperature Heat Exchanger

Gao Xiaojing
（Yankuang Lunan Chemical Fertilizer Plant,TengZhou,Shandong 277527）

By analyze the phnomenon of temperature decrease of the water gas on the tube side heat exchanger exit and the increase of system pressure in synthetic ammonia cleaning system during the text.The researcher found that the problem comes from the blockage of coal power in U tube,and the preventive measures were put forward

medium temperature heat exchanger;resistance;analysis;treatment measure

TQ113.26+4.2

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.06.016

2010-10－18