低溫甲醇洗工藝中氨冷器泄漏的危害

(河南龍宇煤化工氣體凈化廠，河南 商丘 476600)

液氨作為工業(yè)大型制冷劑，工藝成熟、制取容易、價格低廉，在低溫甲醇洗裝置中被作為介質(zhì)廣泛利用。1.5MPa(a)液氨經(jīng)控制進(jìn)入裝置中的氨冷卻器，減壓汽化成為低壓、低溫氨氣體，與氨冷卻器內(nèi)工藝介質(zhì)進(jìn)行換熱，為系統(tǒng)提供冷量。由于氣氨側(cè)壓力遠(yuǎn)低于工藝側(cè)壓力，氨冷器的泄漏使工藝側(cè)的高壓氣體或溶解有二氧化碳的甲醇進(jìn)入氣氨側(cè)，二氧化碳和氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成氨鹽，從而造成假液位、冷凍能力下降、導(dǎo)淋排放困難等問題。

1 工藝流程

1.1 低溫甲醇洗流程

從前工序來的粗煤氣進(jìn)入到氨冷器E02的管程，被殼程的0℃的氨氣冷卻到10℃左右后，進(jìn)入到氨洗滌塔T-02下部，與來自上部40℃的除鹽水進(jìn)行逆流接觸，吸收粗煤氣中的氨和氫氰酸等有害組分，經(jīng)洗滌后的粗煤氣從氨洗滌器頂部出來，經(jīng)過氨冷器E04，被-38℃液氨降溫后進(jìn)入粗煤氣洗滌塔T-03，粗煤氣在T-03塔內(nèi)與低溫甲醇液傳質(zhì)、傳熱，吸收粗煤氣中的二氧化碳和硫化氫，為了保持甲醇的低溫和良好的吸收能力，塔內(nèi)甲醇還與氨冷卻器E225和E226換熱降溫。出洗滌塔T-03的合格凈化氣經(jīng)回收冷量之后，送往后續(xù)裝置。低溫甲醇洗流程見圖1。

1.2 氨冷凍系統(tǒng)工藝流程

來自低溫甲醇洗的-38℃、0.063MPa(a)氣氨，經(jīng)過一級分離器后進(jìn)入氨壓縮機(jī)低壓缸進(jìn)行一段壓縮，氣氨經(jīng)過加壓后達(dá)到136.5℃、0.43MPa(a)，進(jìn)入一級冷卻器、分離器，與來自低溫甲醇洗的0℃、0.43MPa(a)氣氨混合后進(jìn)入氨壓縮機(jī)高壓缸進(jìn)行二段壓縮。氣氨經(jīng)過二段壓縮后達(dá)到119.5℃、0.94MPa(a)，進(jìn)入二級冷卻器和二級分離器。從二級分離器出來的氣氨進(jìn)入氨壓縮機(jī)高壓缸進(jìn)行三段壓縮，氣氨經(jīng)過加壓后達(dá)到107.1℃、1.76MPa(a)后排出，其中一小部分氣氨去干氣密封系統(tǒng)，作為工藝氣進(jìn)行一級密封，大部分氣氨經(jīng)過防喘振冷卻器后被分三部分，第一部分經(jīng)過防喘振調(diào)節(jié)閥進(jìn)入一級分離器，第二部分經(jīng)過防喘振調(diào)節(jié)閥進(jìn)入二級分離器，第三部分經(jīng)過氨冷凝器冷凝后液氨進(jìn)入氨儲槽[1]。

因?yàn)樵趬嚎s機(jī)啟動開車時，系統(tǒng)需要采用氮?dú)獬鋲?，氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w在系統(tǒng)中存在，在氨壓縮機(jī)正常運(yùn)行后，氮?dú)舛栊詺怏w通過壓力調(diào)節(jié)閥排放至氨火炬，使系統(tǒng)處于氨氣工況。氨冷凍系統(tǒng)工藝流程見圖2。

圖2 氨冷凍系統(tǒng)工藝流程注：E02，E04，E225，E226—氨冷器

2 氨冷器泄漏后工藝系統(tǒng)出現(xiàn)的問題

(1)氨儲槽惰性氣體組分的變化。氨冷器不發(fā)生泄漏時，液氨儲槽的惰性氣體主要是氮?dú)?，含量?9%。當(dāng)氨冷器泄漏后工藝氣側(cè)壓力高，工藝氣體漏到低壓氨系統(tǒng)側(cè)，H2、CO不與氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且與氨介質(zhì)不溶，氨與CO2可以生成碳銨結(jié)晶。CO、CO2、H2在氨儲槽中富集，經(jīng)分析其總量能達(dá)到15%左右。

(2)氨冷器內(nèi)漏后對氨壓縮機(jī)的影響。氨與CO2氣體可以生成碳銨，碳銨結(jié)晶隨著氣氨進(jìn)入氨壓縮機(jī)入口管道,部分沉積在管道上,另一部分會被氨冰機(jī)兩級入口分離器內(nèi)部填料攔截，造成分離器內(nèi)部填料被堵塞，氣體通道變小，造成分離器阻力增加，氨冰機(jī)入口壓差由正常時2kPa(g)增加到20kPa(g)，氨冰機(jī)入口氣量減小，機(jī)組運(yùn)行工況變差，冰機(jī)負(fù)荷受到影響，外供冷量變低，不能滿足工藝要求。

含有碳銨結(jié)晶的氣體會對氨冰機(jī)干氣密封運(yùn)行造成影響，壓縮機(jī)干氣密封系統(tǒng)的壓力和流量出現(xiàn)頻繁波動。生產(chǎn)中要對干氣密封過濾器壓差變化情況引起重視，在異常波動時及時分析查明原因，防止微量結(jié)晶影響干氣密封，嚴(yán)重時造成干氣密封系統(tǒng)損壞，機(jī)組被迫停車檢修。

(3)對遠(yuǎn)傳和現(xiàn)場液位計指示影響。遠(yuǎn)傳液位計選用精密的雙法蘭液位計，冷卻器泄漏時生成的碳銨結(jié)晶，致密附著在液位計正壓側(cè)膜盒上，把測量介質(zhì)液氨與受壓膜盒完全隔離，形成指示值偏高，不能正確測量氨冷器內(nèi)部液位。

而現(xiàn)場液位計底部聯(lián)通管線被碳銨結(jié)晶堵塞，不能形成連通器,液位計無法正常使用，檢查液位計的閥門內(nèi)堵塞的固體物質(zhì)見圖3。

圖3 液位計閥門內(nèi)堵塞

(4)氨冷器氨側(cè)底部倒淋閥門及管線堵塞，不能正常排污。對現(xiàn)場氨冷器底部倒淋檢查發(fā)現(xiàn)堵塞嚴(yán)重，閥門內(nèi)部堵塞致密(見圖4)。

圖4 倒淋閥門及管線堵塞

(5)工藝氣側(cè)溫度變高，換熱效果不好；出低溫甲醇洗滌塔工藝氣中硫化氫含量超標(biāo)。正常運(yùn)行時與氨冷器泄漏后的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

(6)通過對氨冷器底部積液物質(zhì)組成的分析，分析結(jié)果表明，底部積液物質(zhì)中含有甲醇。氨冷器的工藝側(cè)壓力高于氨側(cè)，當(dāng)氨冷器發(fā)生泄漏后，高壓側(cè)泄漏到低壓側(cè)，即工藝氣和低溫甲醇會泄漏到氨側(cè)，工藝氣體隨氨氣系統(tǒng)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入氨儲槽，通過氨儲槽惰氣排放處理掉；但是甲醇液體在氨冷器氨側(cè)不能蒸發(fā)，富集在換熱器殼程，造成虛假氨液位,通過對氨冷器底部組分取樣分析，氨中含甲醇量20%。

表1 正常運(yùn)行時與氨冷器泄漏后的運(yùn)行數(shù)據(jù)

3 氨冷器泄漏對系統(tǒng)的危害

(1)遠(yuǎn)傳和現(xiàn)場液位計不準(zhǔn)，中控及現(xiàn)場崗位人員無法準(zhǔn)確判斷氨冷卻器液位。氨冷器氨側(cè)液位高時氣氨會夾帶大量的液氨，液氨在壓縮機(jī)分離器內(nèi)被分離、積累，形成液位計滿液位，液氨會進(jìn)入壓縮機(jī)入口管道，被吸入離心壓縮機(jī)，引起壓縮機(jī)振動高，機(jī)組跳車；嚴(yán)重時會損壞壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，更有可能會造成機(jī)毀人亡的安全事故。

在實(shí)際運(yùn)行時發(fā)生過液位計不能準(zhǔn)確指示，氨壓縮機(jī)入口分離器液位高，液氨不能及時排出，通過對現(xiàn)場氨系統(tǒng)的管道發(fā)現(xiàn)結(jié)冰情況，判斷液位計帶液嚴(yán)重，為了保證壓縮機(jī)的安全，對機(jī)組采取緊急停機(jī)事件。

(2)氨冷卻器發(fā)生泄漏后制冷效果差、為系統(tǒng)提供冷量不足。由于工藝側(cè)介質(zhì)壓力高于氨側(cè)壓力，工藝介質(zhì)泄漏到氨側(cè)，與氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成銨鹽。銨鹽不能蒸發(fā)，固體銨鹽沉積在換熱器內(nèi)，附著在換熱器的列管上，隨著銨鹽的增加，大量的換熱列管被覆蓋，使換熱面積減少，影響換熱器制冷效果。經(jīng)過氨冷器的煤氣和低溫吸收甲醇的溫度都有不同程度的升高，凈化氣中的二氧化碳和硫化氫含量升高，吸收脫除效果降低，影響后工序的正常運(yùn)行。

(3)在氣氨管線內(nèi)部大量的銨鹽結(jié)晶積累等物質(zhì)，堵塞管線的倒淋，在停車處理時，無法通過倒淋對系統(tǒng)充壓置換，最終采用對氣氨管線內(nèi)充水溶解的辦法。經(jīng)過多次加水溶解才把系統(tǒng)內(nèi)的銨鹽處理掉，又造成大量的含氨廢水，排入污水處理系統(tǒng)，經(jīng)過長時間的生化處理才能達(dá)標(biāo)，大大增加污水處理難度。

4 氨冷器泄漏后采取的措施

(1)對氨冷器液位計氨側(cè)定期排液，把液位計內(nèi)固體物結(jié)晶物清理。每次清理后液位計都能正確指示。

(2)由于氨冷器和分離器液位計不能正常指示，但是氨儲槽的液位變化能準(zhǔn)確反映出幾個氨冷器內(nèi)的總液氨量，要求工藝操作結(jié)合氨儲槽液位變化、氨冷器工藝側(cè)介質(zhì)溫度變化進(jìn)行液位調(diào)整。

(3)液氨蒸發(fā)時吸收熱量，會使周圍溫度降低，通過對氨冰機(jī)入口分離器及出管線是否結(jié)冰和結(jié)霜，來判斷入口分離器是否帶液。

(4)對液位計和氨冷器排氨倒淋技改，對負(fù)壓排液改造，使甲醇和銨鹽有效排放。

(5)在氨冷器的設(shè)備制造時改變材質(zhì)和嚴(yán)控制作質(zhì)量，氨冷器的列管材質(zhì)升級為不銹鋼，制作時對焊接過程做好控制，避免出現(xiàn)焊接氣孔、焊接不實(shí)等缺陷，對氨冷卻器擇機(jī)更換。