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(zé)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(zé)任公司山西高平048400)

山西晉豐煤化工有限責(zé)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?jǐn)?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(shí)提高低壓閃蒸氣中CO2含量，其體積分?jǐn)?shù)最高也只能達(dá)到97%左右。利用小修機(jī)會打開低壓閃蒸槽人孔，發(fā)現(xiàn)低壓閃蒸槽溶液進(jìn)口槽式液體預(yù)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(jìn)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?jǐn)?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(jìn)入三氣(變換氣、凈化氣和低壓閃蒸氣)換熱器，換熱后再進(jìn)入氣水分離器;分離水分后的氣體進(jìn)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(jìn)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(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

1.3 汽提空氣流程

汽提空氣由羅茨鼓風(fēng)機(jī)抽引，經(jīng)空氣過濾器后進(jìn)入空氣換熱器與汽提氣換熱回收冷量，然后進(jìn)入空氣分離器分離水分，再經(jīng)п形管道從汽提塔底進(jìn)入，自下而上對汽提塔頂來的NHD溶液進(jìn)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(jìn)入空氣換熱器回收冷量，然后經(jīng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)出口放空。

1.4 脫水流程

當(dāng)NHD溶液含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞3%時(shí)，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(jìn)入脫水系統(tǒng)。進(jìn)入脫水系統(tǒng)的NHD溶液分2路:一路進(jìn)脫水塔塔頂冷凝器殼程，與脫水塔出口高溫氣體換熱后進(jìn)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(jìn)入脫水塔。進(jìn)入脫水塔的NHD溶液與脫水塔中上升蒸汽逆流接觸進(jìn)一步換熱后從脫水塔中部出來進(jìn)入溶液蒸發(fā)器，在此用蒸汽將NHD溶液加熱后再進(jìn)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(jìn)入脫水塔水冷器殼程，進(jìn)一步冷卻后進(jìn)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(jìn)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(yùn)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(jì)只能測量單一介質(zhì)的液位。當(dāng)NHD溶液起泡后，高壓閃蒸槽內(nèi)實(shí)際形成了NHD溶液和NHD泡沫2種不同密度的介質(zhì)，此時(shí)液位計(jì)指示高度不能真實(shí)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(yán)重程度。引起NHD溶液起泡的可能原因有物理性污染和化學(xué)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(dǎo)致液位顯示不準(zhǔn)。系統(tǒng)檢修時(shí)，將高壓閃蒸槽液體排空后，遠(yuǎn)傳液位計(jì)仍顯示有20%左右的液位;將遠(yuǎn)傳液位計(jì)拆開后，發(fā)現(xiàn)有填料碎片和較多黑泥沉積在遠(yuǎn)傳液位計(jì)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(shí)帶入的灰塵、回收的NHD溶液帶進(jìn)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(yán)重。

2.1.2 化學(xué)性污染

NHD溶液在吸收CO2的同時(shí)，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(jìn)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(shí)間的推移和變脫氣中H2S含量偶爾超標(biāo)，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(yán)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(jìn)行熱交換時(shí)，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(jìn)行的，傳質(zhì)面積小、溶液循環(huán)量偏大，造成停留時(shí)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(yán)重。在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，破渦旋裝置已損壞，為此，決定利用系統(tǒng)大修機(jī)會對脫碳系統(tǒng)高壓閃蒸槽進(jìn)行改造，同時(shí)對溶液氨冷器、空氣換熱器進(jìn)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(yuǎn)傳液位變送器上限接口、高壓閃蒸槽平衡孔同時(shí)向上提高500mm，原遠(yuǎn)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(jìn)口，原溶液進(jìn)口用盲板封死。原溶液預(yù)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(shí)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(jìn)一步擴(kuò)大傳質(zhì)面積;在高壓閃蒸槽底部出液管口增設(shè)破渦旋裝置。

(8)高壓閃蒸槽、低壓閃蒸槽溶液進(jìn)口管均改為雙向進(jìn)液，即在原溶液預(yù)分布器基礎(chǔ)上增加1根聯(lián)通管線，并在聯(lián)通管線正對處補(bǔ)焊加強(qiáng)板。施工結(jié)束后，恢復(fù)設(shè)備和管線的保溫材料。

4 運(yùn)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?jǐn)?shù)由96%～97%提高至98%以上。每班開啟1次高閃氣分離器導(dǎo)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(shí)，打開低壓閃蒸槽人孔未發(fā)現(xiàn)槽式液體預(yù)分布器破損現(xiàn)象。下一步計(jì)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)