甲醇聯(lián)氨裝置氫氮比調(diào)節(jié)問題改進簡

甲醇聯(lián)氨裝置氫氮比調(diào)節(jié)問題改進

劉珍 ， 年里珂

(河南能源化工集團煤氣化公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬472300)

摘要：氫氮比是合成氨生產(chǎn)過程中一個極為重要的控制指標，直接影響到合成氨產(chǎn)量、能耗、原料消耗及生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。根據(jù)合成氨裝置在試車過程中氫氮比調(diào)節(jié)遇到的問題，進行原因分析，并提出相關(guān)的改進措施。

關(guān)鍵詞：氫氮比 ； 調(diào)節(jié) ； 改進

中圖分類號：TQ050.7文獻標識碼：B

收稿日期：2014-09-27

作者簡介：劉珍(1986-)，助理工程師，從事化工生產(chǎn)管理工作，電話：13419831125。

義馬氣化廠12萬t/a合成氨裝置采用甲醇弛放氣聯(lián)氨工藝，來自甲醇的弛放氣經(jīng)過膜分離、變壓吸附裝置提出純度99.9%、壓力2.2 MPa的氫氣，再與來自空分的2.2 MPa中壓氮氣混合成新鮮氣，經(jīng)過離心式壓縮機壓縮后送入氨合成系統(tǒng)進行反應(yīng)，裝置的工藝流程見圖1。合成氨新鮮氣氫氮比控制采用比率自動調(diào)節(jié)，設(shè)定氫氮比，氮氣量隨氫氣量變化通過氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003自動調(diào)節(jié)。在裝置試車過程中，氫氮比大幅度波動，對壓縮機組的運行及催化劑的升溫還原造成了一定的影響，本文將根據(jù)實際生產(chǎn)操作情況介紹合成氨氫氮比調(diào)節(jié)遇到的問題及相關(guān)改進措施。

圖1　裝置的工藝流程

1存在的問題

合成氨原料氫氣、中壓氮氣通過管線直接混合成新鮮氣，無混合緩沖裝置。在合成氨裝置試車過程中，氫氣、氮氣流量呈周期性脈動，新鮮氣氫氮比大幅度波動，氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003在手動和自動狀態(tài)下均無法控制新鮮氣氫氮比穩(wěn)定，導(dǎo)致離心式壓縮機進口新鮮氣組分呈周期性波動。由于離心式壓縮機組受吸入氣體組分變化的影響較大，所以造成壓縮機運行時始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)新鮮氣組分中氫氣含量偏高時，機組運行落入防喘振區(qū)。氣體組分波動頻率高，防喘振閥、回流閥頻繁打開，機組打氣量波動大，導(dǎo)致合成氨系統(tǒng)新鮮氣補入量及組分波動大，嚴重限制了入氨合成塔循環(huán)氣中氫氮比的調(diào)整，對離心式壓縮機組運行、氨合成裝置的升溫還原及正常生產(chǎn)有較大影響。同時，由于整個系統(tǒng)的波動，導(dǎo)致變壓吸附產(chǎn)品氫氣壓力調(diào)節(jié)閥PV619B05頻繁打開放空，變壓吸附產(chǎn)出的氫氣量不能完全消耗，不僅造成了原料的浪費，而且加劇了系統(tǒng)的波動。

2原因分析

2.1　工藝操作原因

中控人員操作離心式壓縮機的經(jīng)驗較少，機組提速與升壓操作未匹配好，導(dǎo)致機組運行頻繁靠近防喘振線，防喘振閥頻繁打開，造成機組負荷波動，合成氨系統(tǒng)新鮮氣補入量波動，循環(huán)氣中氫氮比失調(diào)。另外，氫氣流量由氫氣管線上DN250的截止閥控制，閥門較大，合成氨負荷低，現(xiàn)場人員手動操作閥門時幅度偏大，對氫氣流量影響較大，新鮮氣氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003無法及時跟蹤調(diào)節(jié)。

2.2　工藝參數(shù)波動

在實際生產(chǎn)操作中，氫氣、氮氣壓力的上下波動也會導(dǎo)致新鮮氣氫氮比的失調(diào)。氫氣壓力由變壓吸附系統(tǒng)放空閥PV619B05自動控制，氫氣壓力呈周

期性波動(約180 s波動一次)；而合成氨用的氮氣由空分中壓氮氣管網(wǎng)提供，如果管網(wǎng)上其他用戶用量變化也會導(dǎo)致氮氣壓力波動。

2.3　設(shè)計缺陷

氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003及氫氣流量手動控制閥調(diào)節(jié)精度差。在實際生產(chǎn)操作中，氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003(調(diào)節(jié)氮氣流量)口徑選擇偏大，開度由2.4%變化為2.5%，氮氣流量就有4 000~5 000 Nm3/h的變化，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)精度低，控制性能差，而且容易受系統(tǒng)沖擊和振蕩，不能夠準確地調(diào)節(jié)氮氣流量。另外，氫氣流量由氫氣管線上DN250的截止閥手動調(diào)節(jié)，也不能及時準確地調(diào)節(jié)，并且增加了操作人員的勞動強度。

3氫氮比調(diào)節(jié)的改進措施

新鮮氣氫氮比的波動致使合成氨循環(huán)氣中氫氮比失調(diào)，延長了催化劑的還原時間，影響了機組的平穩(wěn)運行，增加了裝置操作的難度。為此做出了相應(yīng)的改進。

3.1　穩(wěn)定工藝參數(shù)

根據(jù)變壓吸附產(chǎn)品氫氣壓力波動趨勢，總結(jié)壓力變化規(guī)律，調(diào)整放空閥PV619B05的PID參數(shù)，同時，與生產(chǎn)調(diào)度做好溝通協(xié)調(diào)，穩(wěn)定氮氣壓力，減小氫氣、氮氣壓力的波動對新鮮氣氫氮比調(diào)節(jié)的影響。

3.2　改進氫氮比調(diào)節(jié)裝置

在升溫還原結(jié)束，系統(tǒng)隔離后，合成氨氫氮比調(diào)節(jié)裝置進行了技術(shù)改造。將原設(shè)計DN150的氫氮比調(diào)節(jié)閥組FV630003技改成DN100的調(diào)節(jié)閥組；并將原DN150的氫氮比調(diào)節(jié)閥組FV630003安裝到氫氣管線DN250手動閥前，來保證氨合成壓縮機進口氫氣壓力、流量的穩(wěn)定，見圖2。

圖2　改造后的氫氮比調(diào)節(jié)裝置

3.3　加強培訓(xùn)，優(yōu)化操作

加強員工理論知識及實踐操作培訓(xùn)，優(yōu)化離心式壓縮機組的操作，嚴格按照“先升速后升壓，升速升壓交替進行”、“先關(guān)低壓缸防喘振閥再關(guān)高壓缸防喘振閥”的原則，防止壓縮機運行進入喘振區(qū)域，控制壓縮機入口新鮮氣的壓力低于氫氣、氮氣壓力，保證氫氣、氮氣始終處于吸入狀態(tài)。

4結(jié)束語

改造后的氫氮比調(diào)節(jié)裝置投入正常生產(chǎn)后，新鮮氣氫氮比調(diào)節(jié)準確穩(wěn)定，能夠根據(jù)生產(chǎn)要求及循環(huán)氣中氫氮比的變化更快、更準地調(diào)整新鮮氣的氫氮比，減小了系統(tǒng)的波動。改造后正常生產(chǎn)的新鮮氣、循環(huán)氣分析指標如表1所示，數(shù)據(jù)為2014年8月份及9月份部分數(shù)據(jù)。

表1　新鮮氣、循環(huán)氣分析指標　　　　%

新鮮氣、循環(huán)氣組分的穩(wěn)定也保證了合成氣壓縮機運行穩(wěn)定，合成氨負荷穩(wěn)定，機組能耗下降，原料消耗減少，噸液氨耗高壓蒸汽由改造前3.4 t降低到改造后1.68 t，噸液氨耗氫氣由改造前2 290 Nm3降低到改造后1 950 Nm3，實現(xiàn)了裝置安全平穩(wěn)節(jié)能生產(chǎn)。另外，改造后，新鮮氣氫氮比調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)自動控制，氫氣流量也可以通過調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，也大大減輕了工藝操作人員的勞動強度。