變換工段改造總結(jié)

王建民

(陽煤集團(tuán)和順化工有限公司，山西和順 032700)

陽煤集團(tuán)和順化工有限公司(以下簡稱和順化工)“18·30”尿素項(xiàng)目采用固定床富氧連續(xù)造氣、濕法PTS脫硫、全低溫變換、PSA脫碳、醇烷化、中壓合成氨以及二氧化碳?xì)馓岱ê铣赡蛩氐裙に?；其中，全低溫變換采用帶飽和塔工藝。從近4年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，帶飽和塔工藝的優(yōu)勢在于能夠節(jié)省蒸汽消耗，但其致命的缺點(diǎn)是腐蝕問題較嚴(yán)重。在項(xiàng)目基建初期，和順化工已將一部分可能出現(xiàn)帶液的氣體管道和所有的熱水循環(huán)管道由原來設(shè)計(jì)的用304不銹鋼更換為用耐硫腐蝕更好的321不銹鋼。但由于汽液夾帶產(chǎn)生的腐蝕和氣體的沖刷作用，飽和塔出口和熱水塔出口彎頭的壁厚還是逐漸減薄。與和順化工同期開車的正元化工集團(tuán)靈壽分公司和唐山邦力晉銀化工有限公司也都存在同樣問題。因此，和順化工計(jì)劃將變換工段由帶飽和塔工藝技改為無飽和塔工藝，出于安全考慮，參照其他廠家的技改成功經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合本公司實(shí)際情況，于2016年5月利用停車檢修的機(jī)會，著重對凈化車間的變換工段進(jìn)行第1次技改，即將變換工段原有的帶飽和塔工藝改為無飽和塔工藝[1-3]。但由于對改造方案細(xì)節(jié)把握不足，致使第1次改造未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，產(chǎn)生了諸多問題，只能減負(fù)荷生產(chǎn)，最后被迫在2017年3月再次停車進(jìn)行第2次改造?，F(xiàn)就2次改造失敗的教訓(xùn)和成功的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1 原變換工藝及設(shè)備參數(shù)

和順化工在項(xiàng)目研討初期，出于節(jié)能方面的考慮，將變換工段的工藝擬定為全低變帶飽和塔工藝。其工藝流程示意見圖1。

來自壓縮機(jī)三段壓力為2.1 MPa(表壓)的半水煤氣，經(jīng)過機(jī)械除油器和凈化爐除去油水后進(jìn)入飽和塔，與除氧水逆流接觸，增溫增濕后約140 ℃的半水煤氣進(jìn)入汽水分離器分離掉液態(tài)的水，并與中壓蒸汽混合，經(jīng)主熱交換器與變換氣換熱提溫至200 ℃，然后進(jìn)入預(yù)變爐除去氧，再依次進(jìn)入噴水增濕器和變換爐一、二段。其中，變換爐一段的床層熱點(diǎn)溫度一般控制在370 ℃，二段床層熱點(diǎn)溫度一般控制在270 ℃。反應(yīng)后的變換氣經(jīng)主熱交換器、調(diào)溫水加熱器換熱后，降溫至200 ℃，進(jìn)入變換爐三段，然后再經(jīng)二水加熱器、中溫水解爐及一水加熱器后進(jìn)入熱水塔回收熱量。最后，經(jīng)軟水加熱器與變換氣氣水分離器后，約40 ℃的變換氣送至變脫工段。

原變換工段主要設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 原變換工段主要設(shè)備參數(shù)

圖1 變換帶飽和塔工藝流程示意

帶飽和塔工藝的優(yōu)勢在于，由于飽和塔的存在，對半水煤氣有提溫增濕的作用，可以有效地節(jié)約一部分蒸汽，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。穩(wěn)定運(yùn)行期間，噸氨蒸汽耗可降至110 kg。然而，液態(tài)的水滴在飽和塔出口的物理狀態(tài)下(溫度130～140 ℃，壓力2.1 MPa)并不能使液滴完全汽化(在表壓為2.1 MPa時(shí)，水的汽化溫度約為 215 ℃)。由于液滴的存在，加之半水煤氣中含有的硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的作用，對其出口管道和后續(xù)設(shè)備特別是主熱交換器產(chǎn)生了腐蝕，不僅埋下了安全隱患，同時(shí)因?yàn)橹鳠峤粨Q器的內(nèi)漏而頻繁更換，增加了生產(chǎn)成本。僅運(yùn)行4年的時(shí)間，就已經(jīng)更換了3臺主熱交換器；而出口管道的彎頭也有嚴(yán)重的腐蝕，其壁厚由原來的13 mm 逐漸減少至10 mm(最薄點(diǎn))。

2 首次技改

2.1 首次技改后工藝流程

利用此次檢修的機(jī)會，本著節(jié)約技改成本的原則，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上將帶飽和塔工藝改為無飽和塔工藝，僅增加1臺水冷器，前熱交換器由原來腐蝕的主熱交換器修復(fù)改造而成。首次技改后工藝流程示意見圖2。

2.2 技改措施

考慮到原有工藝中的一些缺陷，如壓縮工段送來的半水煤氣帶油、水等雜物較多，機(jī)械除油器的分離效果不是太好，使得凈化爐中的除油劑運(yùn)行周期短、頻繁失效，此次技改都做了一些應(yīng)對。具體改造措施如下：①在凈化爐前增加前熱交換器(利用原有的已修復(fù)好的舊主熱交換器)，用變換氣來提升半水煤氣的溫度，盡量避免半水煤氣中帶來的液態(tài)水滯留在凈化爐中，同時(shí)回收變換氣的熱量，解決了除油劑頻繁失效的問題；②去除一水加熱器，減少系統(tǒng)的阻力，保留原有的二水加熱器和調(diào)溫水加熱器，將其水流程管道加以改造，用除氧水與變換氣換熱，以冷卻變換氣，換熱后的除氧水外送出回到鍋爐除氧器；③變換出口再增加1臺水冷器，用于與合成循環(huán)水換熱，以降低變換出口的氣體溫度[4-5]。

首次技改新增主要設(shè)備參數(shù)見表2。

圖2 首次技改后變換工藝流程示意

設(shè)備名稱設(shè)備參數(shù)前熱交換器Φ1800mm×10920mm，F(xiàn)=664m2，1臺水冷卻器Φ1600mm×7913mm，F(xiàn)=1270m2，1臺

2.3 首次技改后產(chǎn)生的問題

(1) 凈化爐超溫

半水煤氣在前熱交換器與變換氣換熱后，進(jìn)入凈化爐的溫度可達(dá)150 ℃，大大超出了其設(shè)計(jì)使用溫度40 ℃，造成了安全隱患。

(2) 熱平衡問題

此次技改為節(jié)約成本，新增設(shè)備以利舊為主。增加的前熱交換器為之前因腐蝕泄漏而送廠返修的主熱交換器，其換熱面積偏小(F=664 m2)，不能充分回收變換三段出口的熱量，致使大量的反應(yīng)熱被水冷器中的循環(huán)水帶走，增加循環(huán)水的冷卻塔負(fù)荷。

(3) 噴水壓力問題

二水加熱器與調(diào)溫水加熱器的設(shè)計(jì)壓力為2.8 MPa，而除氧水進(jìn)變換工段壓力為3.2 MPa，已超出其允許的使用壓力。為此，在二水加熱器進(jìn)口管道上增加減壓自調(diào)閥組，以保證壓力指標(biāo)的合格。在實(shí)際操作中，卻產(chǎn)生了一些問題：進(jìn)入變換工段的除氧水壓力并不穩(wěn)定，且經(jīng)過減壓閥組和噴水控制調(diào)節(jié)閥的雙重減壓后，除氧水與半水煤氣系統(tǒng)的壓差不能滿足噴頭的要求，造成噴水量不穩(wěn)定，入爐半水煤氣溫度難以控制，汽氣比失調(diào)，蒸汽用量較大。由于蒸汽用量問題，被迫減負(fù)荷運(yùn)行了半年左右，最終停產(chǎn)進(jìn)行第2次技術(shù)改造。

3 第2次技改

3.1 第2次技改后工藝流程

經(jīng)公司組織相關(guān)技術(shù)人員到同類型企業(yè)考察、學(xué)習(xí)，并與設(shè)計(jì)單位溝通后，由設(shè)計(jì)單位出圖，對變換工段進(jìn)行了第2次技術(shù)改造，其工藝流程示意見圖3。

3.2 技改措施

圖3 第2次技改后變換工藝流程示意

(1) 拆除原有預(yù)變爐，移至半水煤氣入工段處并改造為1臺焦炭過濾器，與機(jī)械除油器并聯(lián)使用，前、后設(shè)閥門和“8”字盲板，可與系統(tǒng)隔離，用于焦炭的在線更換。

(2) 利用其他企業(yè)閑置的變換爐改造為預(yù)變爐，在其一段填裝抗毒劑25 m3，用于去除半水煤氣中的氧、砷等毒性物質(zhì)(功效與原預(yù)變爐相同)。在新預(yù)變爐的三段填裝變換催化劑25 m3，半水煤氣與預(yù)變爐進(jìn)口處加入的蒸汽在此處發(fā)生部分變換反應(yīng)，用反應(yīng)熱提高預(yù)變爐出口的氣體溫度，在變換爐入爐溫度不變的情況下增大了溫差，這樣必然增加了一段的噴水量，從而更加高效地節(jié)省了蒸汽，同時(shí)也為變換爐的二、三段減輕了負(fù)荷。

(3) 增加脫鹽水緩沖罐和脫鹽水高壓泵，泵出口的脫鹽水分兩路：一路去變換噴水，用于調(diào)節(jié)變換爐一、二段入爐溫度；另一路經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量后去調(diào)溫水加熱器、二水加熱器，用于回收變換二、三段熱量，并調(diào)節(jié)變換三段的入爐溫度。

(4) 更換前熱交換器，加大換熱面積，充分回收變換爐三段的熱量，減輕水冷卻器的負(fù)荷，盡量避免將熱量帶去循環(huán)水系統(tǒng)。

第2次技改新增(更換)主要設(shè)備參數(shù)見表3。

表3 第2次技改新增(更換)主要設(shè)備參數(shù)

3.3 技改效果

(1) 延長了運(yùn)行周期

本次技改增加的焦炭過濾器可以有效去除壓縮機(jī)帶來的油水等雜物。同時(shí)，通過切換前、后的“8”字盲板，可在線切除焦炭過淲器，實(shí)現(xiàn)了不停車更換焦炭，從而有效地保護(hù)了凈化爐，延長了凈化爐的運(yùn)行周期。

(2) 穩(wěn)定了噴水壓力

第2次技改后，噴水系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，不受外界影響，噴水壓力相對穩(wěn)定，從而能夠穩(wěn)定地向系統(tǒng)提供噴水量，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定操作。

(3) 消除了安全隱患

去掉飽和熱水塔后，在很大程度上避免了腐蝕問題，安全上有了較大的保障，并節(jié)約了頻繁更換換熱設(shè)備帶來的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 周紅軍.無飽和塔干氣熱凈化變換新工藝[J].化肥設(shè)計(jì)，1999(2)：53- 55.

[2] 吳勇軍，黃恒美，盧錦永.飽和熱水塔變換改無飽和熱水塔變換工藝總結(jié)[J].中氮肥，2013(4)：5- 8.

[3] 張建宇，呂待清.一氧化碳變換工藝分析[J].化肥工業(yè)，2000，27(5)：26- 32.

[4] 吳艷波.一氧化碳變換裝置改造總結(jié)[J].化肥工業(yè)，2012，39(3)：61- 64.

[5] 劉兆偉.變換工段技改總結(jié)[J].化肥工業(yè)，2005，32(2)：45- 47.