合成氨變換系統(tǒng)帶灰問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與解決

郭志強(qiáng)

（兗礦貴州開(kāi)陽(yáng)化工有限公司，貴州開(kāi)陽(yáng) 550306）

合成氨變換系統(tǒng)帶灰問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與解決

郭志強(qiáng)

（兗礦貴州開(kāi)陽(yáng)化工有限公司，貴州開(kāi)陽(yáng) 550306）

根據(jù)某年產(chǎn)500 kt大型合成氨裝置凈化系統(tǒng)異常發(fā)現(xiàn)了氣化來(lái)水煤氣帶灰并影響生產(chǎn)正常進(jìn)行的問(wèn)題，可以通過(guò)第1水分離器就地排水，觀察水質(zhì)、分析懸浮物是否異常，第1中溫?fù)Q熱器換熱效果是否變差，第1中溫變換爐壓差增大和上層催化劑活性是否減弱等方法判斷水煤氣是否帶灰。通過(guò)清洗中溫?fù)Q熱器列管、更換第1中溫變換爐催化劑和方法，使生產(chǎn)恢復(fù)正常。

凈化；水煤氣；帶灰；措施

某年產(chǎn)500 kt大型合成氨裝置，主生產(chǎn)系統(tǒng)包括氣化、凈化及合成車(chē)間。從氣化來(lái)水煤氣經(jīng)凈化3臺(tái)變換爐后產(chǎn)出合格變換氣（CO的體積分?jǐn)?shù)≤1%）送往低溫甲醇洗工序脫碳除硫。

前期開(kāi)車(chē)階段因氣化系統(tǒng)運(yùn)行欠佳，從氣化來(lái)水煤氣出現(xiàn)帶灰現(xiàn)象，帶灰的水煤氣經(jīng)過(guò)煤氣水分離器V2001、中溫?fù)Q熱器直接進(jìn)入第1中溫變換爐，并在其上層催化劑表面形成灰層。隨著系統(tǒng)運(yùn)行，灰層逐漸向下延伸，阻力帶逐漸擴(kuò)大，催化劑空隙亦被逐漸堵塞，導(dǎo)致上層催化劑活性變差，第1中溫變換爐反應(yīng)率亦隨之降低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。

通過(guò)觀察與分析發(fā)現(xiàn)變換系統(tǒng)煤氣水分離器排水呈白色且?guī)д承?、中溫?fù)Q熱器換熱效果逐漸變差、第1中溫變換爐上層催化劑活性變差、第1中溫變換爐整體阻力增大等系列問(wèn)題。

1　現(xiàn)象與分析

1.1中溫?fù)Q熱器換熱效果變差

中溫?fù)Q熱器內(nèi)置閥，作用是調(diào)節(jié)入第1中溫變換爐工藝氣溫度。由于氣化來(lái)水煤氣持續(xù)帶灰造成該閥與隔板套筒間堵塞嚴(yán)重，故只能在70%以下緩慢動(dòng)作。中溫?fù)Q熱器列管內(nèi)大量煤灰導(dǎo)致該換熱器換熱效果明顯差，1周內(nèi)進(jìn)出口溫差Δθ的變化情況見(jiàn)圖1。

圖1　中溫?fù)Q熱器進(jìn)出口溫度及溫差

從圖1可以看出，4月22日進(jìn)出口溫差急劇下降，從正常的30～40℃減為1℃，且再無(wú)升勢(shì)。23日因空分跳車(chē)，生產(chǎn)系統(tǒng)短暫停車(chē)。24日再開(kāi)車(chē)后（水煤氣帶灰更嚴(yán)重），中溫?fù)Q熱器基本無(wú)換熱效果，已無(wú)法保證入爐溫度220℃。

1.2第1中溫變換爐壓差升高

鑒于影響壓差的因素較多，為了較好的反應(yīng)水煤氣帶灰前后第1中溫變換爐壓差變化，用壓差Δp與合成精制氣體積流量qV的比來(lái)反應(yīng)第1中溫變換爐整體阻力變化趨勢(shì)，1周內(nèi)的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，正常運(yùn)行期間Δp/qV應(yīng)該在0.4 Pa·h/m3左右。22日7：00升至0.54，開(kāi)始出現(xiàn)帶灰，持續(xù)約16 h后，因空分跳車(chē)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)停車(chē)。24日9:00變換接氣后，中溫?fù)Q熱器溫差降為-1.1℃，直至12:00變換出合格工藝氣第1中溫變換爐壓差升至107 kPa，而該溫差Δθ仍處在1～2℃，Δp/qV為1.85 Pa·h/m3，證明水煤氣仍持續(xù)帶灰且有加大趨勢(shì)，當(dāng)日16:00系統(tǒng)被迫停車(chē)。

圖2 第1中溫變換爐阻力變化趨勢(shì)

2　問(wèn)題的解決

2.1清洗中溫?fù)Q熱器列管更換第1中溫變換爐催化劑

4月25日—5月6日系統(tǒng)檢修，氣化車(chē)間檢修洗滌塔，凈化車(chē)間清洗中溫?fù)Q熱器。中溫?fù)Q熱器人孔打開(kāi)后，發(fā)現(xiàn)與前期分析相符：自調(diào)閥套筒與隔板一半被煤灰堵死，換熱管內(nèi)部與管板上均不同程度分布著煤灰。徹底清洗中溫?fù)Q熱器內(nèi)部煤灰，投入使用后，進(jìn)出口溫差恢復(fù)正常。見(jiàn)圖3。

圖3　清洗后的中溫?fù)Q熱器進(jìn)出口溫度及溫差

2.2更換第1中溫變換爐催化劑

利用大修時(shí)更換第1中溫變換爐催化劑，總量82.6 m3。

如果單是氣化水煤氣帶灰，由于持續(xù)時(shí)間較短，第1中溫變換爐上層催化劑重新扒卸過(guò)篩除灰即可，便沒(méi)有必要全部更換。鑒于前期開(kāi)車(chē)期間系統(tǒng)不穩(wěn)，開(kāi)停車(chē)頻繁造成催化劑升溫降溫頻繁，導(dǎo)致催化劑活性變差、存在結(jié)塊粉化及偏流等系列問(wèn)題，因此決定全部更換第1中溫變換爐催化劑。

再開(kāi)車(chē)后第1中溫變換爐后壓差趨于正常，見(jiàn)圖4。

圖4　第1中溫變換爐更換催化劑后壓差

3　結(jié)論

氣化水煤氣帶灰問(wèn)題屬于合成氨生產(chǎn)中相當(dāng)嚴(yán)重的問(wèn)題，一旦出現(xiàn)應(yīng)及時(shí)停車(chē)，否則將造成后系統(tǒng)設(shè)備堵塞，更嚴(yán)重的是會(huì)造成生產(chǎn)系統(tǒng)長(zhǎng)期無(wú)法加量或催化劑全部失活等。水煤氣是否帶灰，可以通過(guò)第1水分離器就地排水，觀察水質(zhì)、分析懸浮物是否異常，第1中溫?fù)Q熱器換熱效果是否變差，第1中溫變換爐壓差增大和上層催化劑活性是否減弱等方法判斷。

為盡量避免合成氨變換系統(tǒng)帶灰，使氣化水煤氣灰分的質(zhì)量濃度達(dá)到≤1 mg/m3的設(shè)計(jì)指標(biāo)，前面的氣化系統(tǒng)應(yīng)適當(dāng)加大水洗塔上部高壓脫氧水洗滌量，定期分析灰水（黑水處理后的洗滌水）水質(zhì)以提高水洗塔中下部灰水質(zhì)量，避免灰水中攜帶大量絮凝劑及顆粒物；在每次檢修中檢查水洗塔泡帽是否有脫落、腐蝕或吹翻現(xiàn)象，定期清洗塔盤(pán)及泡罩；把好煤質(zhì)關(guān)，降低灰分，穩(wěn)定氣化爐操作。

TQ 113.26+4.2

B

10.3969/j.issn.1006-6829.2016.01.013

2015-11-21