合成氨裝置開車操作優(yōu)化小結(jié)

王愛民，林美玲，錢 浩，曲洪昌，廖曉兵，劉 峰

（中石油塔里木油田分公司塔西南煉油化工廠，新疆澤普 844804）

塔西南化肥廠200kt／a合成氨裝置采用美國Kellogg公司的低能耗、加壓催化轉(zhuǎn)化工藝生產(chǎn)合成氣，裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能為600t／d合成氨。

2014年底，因?yàn)樾枰Ｃ裆?（用天然氣），合成氨裝置開始進(jìn)行冬季停工，2015年春季檢修和復(fù)工開車，直至2017年7月裝置全面停工，連續(xù)3a保持冬季停工 （2017年除外，當(dāng)年7月停工）、來年春季檢修和全面復(fù)工的局面。在這3a合成氨裝置的重啟過程中，通過合理安排開車步驟、統(tǒng)籌好各環(huán)節(jié)的交叉作業(yè)，并對(duì)一些操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證開車過程中各工序一次開車成功的同時(shí)，達(dá)到了節(jié)能減排、降耗增效、安全環(huán)保的目的。現(xiàn)對(duì)合成氨裝置開車過程中各工段的操作優(yōu)化進(jìn)行總結(jié)。

1 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)操作優(yōu)化

1.1 盤管的保護(hù)

為保證設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行，開車過程中要注意對(duì)轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段換熱盤管進(jìn)行保護(hù)。合成氨裝置在短停、大修后重啟過程中，尤其要注意對(duì)對(duì)流二段 （工藝空氣預(yù)熱段）和對(duì)流四段 （天然氣預(yù)熱段）換熱管的保護(hù)。在以往的大修過程中發(fā)現(xiàn)，二段爐空氣分布器狀態(tài)不是太好，原因可能是：在開車或較低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，空氣盤管氣量少，氣體流速不均勻，以及空壓機(jī)跳車后，為保證脫碳系統(tǒng)再沸器不超壓而減少了保護(hù)盤管的蒸汽量，造成對(duì)流二段氣量忽高忽低。為此，從保護(hù)設(shè)備角度考慮認(rèn)為對(duì)流二段的保護(hù)蒸汽一定不能少，而對(duì)于脫碳系統(tǒng)再沸器超壓的問題，可采取減少進(jìn)入脫碳系統(tǒng)的氣量、關(guān)閉再沸器連通閥等措施予以控制，重點(diǎn)是一定要保護(hù)好對(duì)流二段的盤管。

開車過程中，對(duì)流四段煙氣經(jīng)常超溫，當(dāng)對(duì)流四段盤管在煙氣溫度達(dá)到400℃時(shí)，我們采取了通部分天然氣對(duì)盤管進(jìn)行保護(hù)的措施；當(dāng)后序工段需要解決問題、開車時(shí)間延后時(shí)，則對(duì)這部分保護(hù)氣體進(jìn)行回收。但經(jīng)實(shí)踐及論證，回收的這部分氣體因溫度較高，易造成儀表元件損壞，需要進(jìn)一步地改造，綜合各方面的因素考慮，最終我們對(duì)對(duì)流四段盤管保護(hù)氣體沒有進(jìn)行進(jìn)一步地回收利用。

在開車過程中，對(duì)流五段鍋爐給水容易發(fā)生汽化，曾因汽包液位低觸發(fā)全廠聯(lián)鎖停車。有條件的話開車過程中可以開高壓鍋爐給水泵透平，但我廠高壓鍋爐給水泵透平出現(xiàn)故障，故采取了加大鍋爐間斷排污、其余盤管多投保護(hù)氣的措施，以減少煙氣的熱量，同時(shí)將汽包液位控制得高一些，并注意任何時(shí)候都不能將其上水閥開得太小。

1.2 蒸汽溫度和壓力的控制

在合成氨裝置開車過程中，為避免蒸汽消耗過多，在合成冷凍系統(tǒng)開車之前，將高壓蒸汽壓力控制在8.0MPa以內(nèi) （正常生產(chǎn)時(shí)為12.5 MPa），且必須保證過熱蒸汽溫度高于460℃、中壓蒸汽溫度高于380℃，如此既可滿足空壓機(jī)的需求，也能節(jié)能降耗。

復(fù)工開車過程中，合成冷凍系統(tǒng)運(yùn)行正常后，尿素裝置才能開車；短?；蛘吆铣衫鋬鱿到y(tǒng)有問題時(shí)，尿素裝置可以先開車，輔鍋煙氣溫度在任何時(shí)候都保證不超過900℃；同時(shí)，復(fù)工開車過程中，要合理調(diào)節(jié)蒸汽系統(tǒng)，交叉作業(yè)，以保護(hù)設(shè)備為前提。

1.3 一段爐、二段爐溫度的控制

由于轉(zhuǎn)化系統(tǒng)開車時(shí)后工序尚處于準(zhǔn)備及正在開車階段，系統(tǒng)負(fù)荷較低，此時(shí)一段爐溫度控制得低一些，這樣既能保證一段爐的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，又可節(jié)省燃料氣，且轉(zhuǎn)化管壁溫也低。二段爐可適當(dāng)多加些空氣，提高二段爐廢熱鍋爐 （101-C）的產(chǎn)汽量以減輕輔鍋的負(fù)荷，降低消耗的同時(shí)減輕一段爐的負(fù)荷，又可滿足對(duì)二段爐出口甲烷轉(zhuǎn)化率的要求。

1.4 水碳比的控制

在開車階段或裝置負(fù)荷較低時(shí)，水碳比一般控制得較高；當(dāng)情況許可時(shí) （如后續(xù)系統(tǒng)已產(chǎn)氨或尿素裝置已開車），則提高系統(tǒng)負(fù)荷和壓力，控制適當(dāng)?shù)乃急?（稍低一些），避免高水碳比造成轉(zhuǎn)化系統(tǒng)壓降大、燃料氣消耗多和余熱利用率低等現(xiàn)象，即高水碳比不利于降低系統(tǒng)能耗和熱量的回收利用。

1.5 優(yōu)化低變系統(tǒng)升溫程序

在復(fù)工開車的過程中，先將一段爐、二段爐、高變爐、低變爐一起串起來整體升溫 （如圖1），當(dāng)一段爐升溫至420℃左右、由氮?dú)馇袚Q為蒸汽升溫時(shí)，再將低變爐進(jìn)行單獨(dú)升溫，室內(nèi)外人員切換閥門時(shí)須配合好，通過開關(guān)圖1中1#、2#、3#、4#閥門即可利用空氣壓縮機(jī)三、四段出氣對(duì)低變爐進(jìn)行單獨(dú)升溫還原。

圖1 轉(zhuǎn)化及低變系統(tǒng)升溫流程簡(jiǎn)圖

1.6 配原料氣燒嘴的優(yōu)化操作

在一段爐溫度達(dá)到650～680℃時(shí)，開始進(jìn)行配原料氣的工作，現(xiàn)場(chǎng)人員要將一段爐內(nèi)72個(gè)燒嘴全部點(diǎn)燃，但每個(gè)燒嘴閥門不能全開，這是由于此時(shí)一段爐的負(fù)荷低，每一根轉(zhuǎn)化管的進(jìn)氣不均勻，如此可防止?fàn)t管局部過熱現(xiàn)象的發(fā)生；調(diào)整每個(gè)燒嘴風(fēng)門的開度和4個(gè)大風(fēng)門的擋板開度，控制一段爐整體溫差在20℃以下。

2 脫碳系統(tǒng)操作優(yōu)化

2.1 汽提塔提前開車

脫碳系統(tǒng)是我廠合成氨裝置生產(chǎn)的瓶頸環(huán)節(jié)，在裝置復(fù)工開車時(shí)，需要提前5d進(jìn)行脫碳系統(tǒng)的水洗、熱洗、進(jìn)液、靜態(tài)釩化 （48h）、動(dòng)態(tài)釩化 （72h），脫碳系統(tǒng)導(dǎo)氣之前系統(tǒng)負(fù)荷要達(dá)到75%～80%，碳酸鉀的濃度要達(dá)到27%以上，加之節(jié)能環(huán)保壓力，為此，我廠對(duì)脫碳系統(tǒng)采取了新的操作流程 （如圖2）：一段爐配完原料氣就進(jìn)行脫碳溶液的蒸濃，即二段爐配空氣和脫碳溶液蒸濃同時(shí)進(jìn)行；將脫碳塔塔前部分放空氣用于脫碳溶液的蒸濃，使放空氣體得到回收利用；汽提塔 （150-E）提前開車。脫碳系統(tǒng)采取新的操作流程后，在交替作業(yè)的同時(shí)幾個(gè)開車步驟同時(shí)進(jìn)行，從而大大縮短了系統(tǒng)的開車時(shí)間。

圖2 脫碳系統(tǒng)汽提塔提前開車流程優(yōu)化示意

2.2 脫碳溶液蒸濃和放空氣回收利用

對(duì)脫碳吸收塔塔前放空氣進(jìn)行回收利用，在以往開車過程中，我廠脫碳系統(tǒng)還不具備導(dǎo)氣條件。2015年4月復(fù)工開車過程中，由于空壓機(jī)臨時(shí)需要檢修，而前系統(tǒng)負(fù)荷沒有全部退出，于是嘗試對(duì)脫碳系統(tǒng)前的放空氣進(jìn)行回收利用，用于對(duì)脫碳溶液提前進(jìn)行蒸濃，如此不僅節(jié)省了大量的燃燒氣，還避免了放空氣排放至大氣，節(jié)能又環(huán)保；同時(shí)，脫碳藥劑——碳酸鉀的消耗也大幅降低，以前最多的一年脫碳藥劑添加量達(dá)到了60t，而近幾年每年控制在20t以內(nèi)。

2.3 再生塔上塔液位的建立

再生塔 （102-E）上塔液位不能過早建立正常，防止因脫碳熱量不足導(dǎo)致上塔水流入下塔繼而造成脫碳溶液被稀釋，而且下塔液位高又會(huì)使再生熱量更加不足而形成惡性循環(huán)。應(yīng)待閃蒸槽（132-F）投用的時(shí)候，再進(jìn)一步建立再生塔液位，啟動(dòng)CO2再生塔急冷泵 （116-J），打開補(bǔ)水閥，建立再生塔上塔物料循環(huán)。

2.4 閃蒸槽 （132-F）的投用

CO2再生塔噴射器蒸汽發(fā)生器 （111-C）管側(cè)通蒸汽，殼側(cè)通精制水，用這樣的方式加強(qiáng)對(duì)111-C管束的保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)75%～80%，脫碳溶液總鉀濃度在27%以上時(shí)，開始投用閃蒸槽 （132-F），自L4逐級(jí)投用 ［溶液通過溢流擋板在132-F內(nèi)依次通過4個(gè)串聯(lián)的內(nèi)部隔間，每個(gè)隔間內(nèi)的溶液均通過一個(gè)導(dǎo)淋送到苯菲爾溶液貯槽 （114-F），氣體出口處設(shè)有除沫器；由蒸汽作介質(zhì)的閃蒸槽噴射器 （132-L1～L4）用于逐漸降低每個(gè)隔間的壓力，使蒸汽從溶液中部分閃蒸出來并使其冷卻，以將熱量返回至再生塔］，132-F的液位最好控制得低一些，40%左右為宜。

2.5 再生塔下塔液位的控制

串脫碳系統(tǒng)時(shí)，再生塔下塔液位最好控制在50%以下 （20%左右最好）。脫碳系統(tǒng)投運(yùn)初期熱量不太足，隨著脫碳系統(tǒng)負(fù)荷不斷增大，熱量會(huì)逐漸增大，而再生塔下塔液位也會(huì)不斷上漲，一定要避免脫碳系統(tǒng)導(dǎo)氣時(shí)再生塔下塔液位過高，否則易使再生熱量不足而出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。

2.6 系統(tǒng)溫度的控制

（1）低變爐出口／鍋爐給水換熱器 （106-C）出口工藝氣溫度控制得低些，防止工藝氣帶入水量過多，脫碳溶液濃度降低。

（2）稍提高貧液溫度，以提高出吸收塔工藝氣的溫度。

2.7 系統(tǒng)壓力的控制

可適當(dāng)提高系統(tǒng)壓力，減少工藝氣帶入水量，并盡早開啟水力透平及其工藝?yán)淠浩嵯到y(tǒng)，以利節(jié)能降耗；同時(shí)，適當(dāng)提高系統(tǒng)壓力可減少對(duì)吸收塔液位控制閥 （LV-4A／4B）的沖刷，避免曾多次出現(xiàn)的LV-4A／4B關(guān)閉不嚴(yán)而需在線處理的事件，以免影響系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

2.8 密封沖洗水改進(jìn)

貧液泵開啟后，將脫碳泵內(nèi)密封水改為脫碳溶液，避免脫碳溶液被稀釋而影響開車進(jìn)度。

2.9 甲烷化爐入口換熱器 （172-C）的投用

甲烷化爐入口換熱器 （172-C）的投用跟脫碳系統(tǒng)CO2再生塔噴射器蒸汽發(fā)生器 （111-C）的投用是一樣的，一定要早準(zhǔn)備、早預(yù)熱，使其暖透、暖好，投用前要緩慢操作，防止冷熱不均而損壞設(shè)備、耽誤時(shí)間及增加消耗。

2.10 脫碳系統(tǒng)過濾器清洗

脫碳系統(tǒng)導(dǎo)氣后，系統(tǒng)負(fù)荷不能快速提升，使負(fù)荷維持在80%～90%一段時(shí)間，待脫碳系統(tǒng)運(yùn)行正常后再投用低變爐 （以保護(hù)低變催化劑）；而脫碳系統(tǒng)此階段需加大補(bǔ)液過濾器、116-J過濾器、機(jī)械過濾器、在線過濾器、油濾機(jī)的清洗頻次，及時(shí)將前系統(tǒng)帶來的雜質(zhì)用加強(qiáng)過濾的方法予以清除，保證脫碳溶液的清潔度，再及時(shí)添加脫碳所需的藥劑。

3 合成冷凍系統(tǒng)操作優(yōu)化

按照操作規(guī)程對(duì)氨合成塔進(jìn)行升溫，氨合成塔升溫和開車的過程中，注意合成氣氫氮比的控制，升溫階段宜控制合成氣中H2含量高一些，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)時(shí)氫氮比宜控制在2.8左右。氨合成塔升溫過程中氨回收系統(tǒng)做好置換并建立循環(huán)，當(dāng)氨合成塔轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)后即投用氨回收系統(tǒng)，將弛放氣回收到一段爐內(nèi)以節(jié)省燃料氣。

在組合式氨冷器 （120-C）引氨、建立液位時(shí)需控制氨冷凝器 （127-C）溫度的變化，避免引氨速率過快，否則會(huì)導(dǎo)致127-C驟熱驟冷而遭到損壞。

4 壓縮機(jī)組操作優(yōu)化

TT閥是控制做功蒸汽通向蒸汽透平的閥門，蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)開車時(shí)，合成氣壓縮機(jī)（103-J）在轉(zhuǎn)速達(dá)9675r／min之前，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員用手輪進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)慢慢打開TT閥，給透平通蒸汽，使壓縮機(jī)逐漸升速至最小可控轉(zhuǎn)速，TT閥全開后，逐漸將現(xiàn)場(chǎng)操作轉(zhuǎn)為室內(nèi)操作，壓縮機(jī)的升速由調(diào)速器控制TT閥的開度，而現(xiàn)場(chǎng)操作人員需將TT閥開到最大后回旋幾圈，避免發(fā)生TT閥卡澀的事故，以及若發(fā)生壓縮機(jī)組聯(lián)鎖跳車出現(xiàn)TT閥卡澀／不動(dòng)作引發(fā)系統(tǒng)操作彈性范圍降低等一系列不良后果。

氨壓縮機(jī) （105-J）提轉(zhuǎn)速過程一定要緩慢，及時(shí)查看其高壓缸密封油壓差，若閥位開度在80%以上，則緩慢升速，避免發(fā)生壓縮機(jī)聯(lián)鎖跳車事故。105-J正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，系統(tǒng)負(fù)荷較低時(shí)，其防喘振閥不能關(guān)得太小、轉(zhuǎn)速不能降得太低，兩者之間要協(xié)調(diào)好，避免機(jī)組發(fā)生喘振而損壞設(shè)備。

空壓機(jī) （101-J）轉(zhuǎn)速升至8761r／min時(shí)，需對(duì)其防喘振閥 （HV-23、FV-4）進(jìn)行復(fù)位，才能將其升至正常轉(zhuǎn)速，否則防喘振閥不起作用（即使室內(nèi)人員調(diào)整，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際上沒有動(dòng)作），勢(shì)必導(dǎo)致101-J做無用功。

5 結(jié) 語

（1）合成氨裝置在開車過程中及較低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，要合理統(tǒng)籌，安排好交叉作業(yè)。

（2）汽提塔提前開車和脫碳溶液蒸濃同時(shí)進(jìn)行，脫碳系統(tǒng)導(dǎo)氣平穩(wěn)后再投用低變爐，脫碳系統(tǒng)各過濾設(shè)備加大清洗頻次，確保脫碳溶液的清潔度。

（3）及時(shí)回收放空氣，在開車過程中對(duì)各工藝操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以利節(jié)能降耗。

（4）開車過程中要分工明確、各司其職，把握開車過程中事故處理原則，防止事態(tài)擴(kuò)大。

總之，2015—2017年每年春季合成氨裝置重啟過程中，我廠通過合理安排開車步驟、統(tǒng)籌好各環(huán)節(jié)的交叉作業(yè)、對(duì)一些操作及參數(shù)控制進(jìn)行優(yōu)化、加大脫碳系統(tǒng)過濾設(shè)備清洗頻次，復(fù)工開車都實(shí)現(xiàn)了一次成功，氨合成塔運(yùn)行正常后，輕負(fù)荷運(yùn)行2～3d，之后視生產(chǎn)狀況加至滿負(fù)荷運(yùn)行，不僅整個(gè)開車過程順利，而且達(dá)到了節(jié)能減排、降耗增效的目的，為今后進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)工開車操作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也可為業(yè)內(nèi)合成氨裝置的開車操作提供一點(diǎn)參考與借鑒。