變換冷凝液汽提系統(tǒng)優(yōu)化改造總結(jié)

李家棟，曹 珍，白成海，李加松

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

兗礦新疆煤化工有限公司（簡稱兗新煤化）600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目以煤為原料，采用華東理工大學(xué)+兗礦集團(tuán)自主開發(fā)的多噴嘴水煤漿加壓氣化工藝制備合格的水煤氣［水煤氣壓力6.20 MPa、溫度240℃、水氣（干基）比約1.40、CO含量約45.33%（干基）］，水煤氣經(jīng)除塵增濕后送至變換（有氨變換和甲醇變換兩條工藝線）、低溫甲醇洗及液氮洗等工序進(jìn)行凈化處理，凈化氣進(jìn)入合成工段合成醇氨。生產(chǎn)過程中，水煤氣在變換界區(qū)經(jīng)變換反應(yīng)和廢鍋回收熱量后，會在氣液分離罐中產(chǎn)生氨氮含量較高的變換冷凝液（溫度40℃），在氨變換和甲醇變換的2臺洗氨塔中（T2001／T2002）洗氨，洗氨塔塔底出來的冷凝液經(jīng)汽提塔塔頂換熱器（E2017）預(yù)熱后進(jìn)入“一體式”冷凝液汽提塔（T2003）上部，經(jīng)自塔底部進(jìn)入的0.4 MPa飽和蒸汽汽提后，塔頂汽提氣進(jìn)入塔頂換熱器冷卻，冷卻后得到的含氨不凝氣送至硫回收系統(tǒng)處理，T2003底部的冷凝液經(jīng)冷凝液泵（P2）加壓至1.2 MPa后送氣化磨煤單元作為補(bǔ)水。

兗新煤化600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目自2012年9月建成投運(yùn)以來，其變換冷凝液汽提系統(tǒng)存在一些問題，尤其是汽提塔塔頂換熱器易出現(xiàn)腐蝕泄漏的問題，即使后來進(jìn)行了材質(zhì)升級，塔頂換熱器的使用壽命也只有0.5～1 a，最終因頻繁泄漏而無法繼續(xù)使用；后通過對變換冷凝液汽提系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，T2003塔頂換熱器使用壽命得到延長，系統(tǒng)存在的問題得以消除，保障了裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。以下對有關(guān)情況作一介紹。

1 變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行問題

自2012年投運(yùn)以來，變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在汽提塔塔頂換熱器腐蝕穿孔、汽提塔系統(tǒng)管線銨鹽結(jié)晶、汽提塔塔底腐蝕物堆積堵塞影響釜液排放、少部分含氨不凝氣不得不現(xiàn)場放空等問題，造成變換冷凝液汽提系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，給安全生產(chǎn)和環(huán)保工作造成較大壓力。其中，塔頂換熱器腐蝕泄漏問題尤為突出，塔頂換熱器一般運(yùn)行6個(gè)月左右就會出現(xiàn)泄漏，最長運(yùn)行周期不超過12個(gè)月，通常2～3個(gè)月就要清理1次回流泵入口腐蝕脫落物，汽提塔系統(tǒng)管線和閥門1個(gè)月左右就要進(jìn)行1次帶壓堵漏，頻繁檢修造成變換冷凝液汽提系統(tǒng)在線運(yùn)行率低、不凝氣現(xiàn)場放空、冷凝液汽提效果不好，繼而導(dǎo)致氣化外排廢水氨氮超標(biāo)，并對硫回收系統(tǒng)焚燒爐運(yùn)行造成不利影響，現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境差且安全環(huán)保工作很被動(dòng)；2012—2018年，因汽提塔塔頂換熱器腐蝕泄漏而無法運(yùn)行，期間更換過3臺塔頂換熱器，換熱器材質(zhì)也一步步由304不銹鋼升級到316L不銹鋼再升級到雙相不銹鋼，但塔頂換熱器使用壽命始終只有0.5～1 a。

2 塔頂換熱器腐蝕泄漏的原因分析

（1）變換冷凝液中含有酸性物質(zhì)。塔頂換熱器主要流通介質(zhì)為變換冷凝液和汽提氣，變換冷凝液全部由水煤氣冷凝而來，煤中某些微量物質(zhì)的存在使得冷凝液中夾帶著NH3、Cl-、H2S等腐蝕性成分，其中，NH3可能與Cl-反應(yīng)生成NH4Cl附著在設(shè)備表面形成垢下電化學(xué)腐蝕。觀察拆卸下來的汽提塔塔頂換熱器，其腐蝕點(diǎn)表觀為深淺不一的凹陷，較深的腐蝕坑存在穿孔現(xiàn)象。分析認(rèn)為這與汽提塔塔頂冷凝液和汽提氣中的酸性物質(zhì)含量有關(guān)，變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷越高、酸性物質(zhì)含量越高，汽提塔塔頂換熱器腐蝕越嚴(yán)重。

（2）Cl-對不銹鋼的點(diǎn)蝕。Cl-有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力，會優(yōu)先被金屬吸附，溶解掉金屬表面的鈍化膜而在金屬表面形成氯化物，氯化物與金屬表面的吸附極不穩(wěn)定而形成可溶性物質(zhì)，加劇腐蝕的發(fā)生，特別是奧氏體不銹鋼，Cl-對其的腐蝕破壞尤為嚴(yán)重，因?yàn)镃l-能在奧氏體晶間與不銹鋼中的鉻生成鉻化物，在奧氏體晶間造成貧鉻區(qū)，使不銹鋼在奧氏體晶間率先發(fā)生點(diǎn)蝕，繼續(xù)發(fā)展而對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕破壞，這就是晶間腐蝕，因此有Cl-的場合不能使用奧氏體不銹鋼材料。

（3）工藝調(diào)控失衡。系統(tǒng)開停車初期，若蒸汽管網(wǎng)壓力及變換冷凝液量不匹配、調(diào)節(jié)跟蹤不及時(shí)，汽提塔內(nèi)液膜被破壞，會造成汽提塔內(nèi)局部過熱，當(dāng)汽提塔頂部長時(shí)間超溫或超溫嚴(yán)重時(shí)，塔頂換熱器腐蝕就會加??；此外，當(dāng)汽提塔塔頂換熱器出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)，汽提氣切至現(xiàn)場放空，會導(dǎo)致整個(gè)汽提系統(tǒng)工藝調(diào)控失衡，塔頂換熱器腐蝕也會加劇。

（4）沖刷腐蝕。由于生產(chǎn)系統(tǒng)的擴(kuò)能改造，600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置產(chǎn)生的變換冷凝液量增多，變換冷凝液汽提系統(tǒng)物料流速加快、酸性物質(zhì)增多，加大了對塔頂換熱器的沖刷腐蝕。

3 變換冷凝液汽提系統(tǒng)改造的必要性

（1）塔頂換熱器腐蝕問題。2012—2018年期間，雖然更換過3臺塔頂換熱器，塔頂換熱器材質(zhì)也在不斷升級，但塔頂換熱器在線使用壽命最長也僅約1 a，而塔頂換熱器一旦腐蝕泄漏，會造成不凝氣夾帶大量的液態(tài)水進(jìn)入硫回收焚燒爐而澆滅火焰，導(dǎo)致硫回收系統(tǒng)聯(lián)鎖停車，給系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、環(huán)保運(yùn)行帶來極大壓力。

（2）氣化外排廢水氨氮含量超標(biāo)問題。原始設(shè)計(jì)汽提塔入塔冷凝液氨氮含量2 100 mg／L，出塔冷凝液氨氮含量控制在150 mg／L，但實(shí)際生產(chǎn)中入塔冷凝液氨氮含量一般在3 500～4 500 mg／L，汽提塔的負(fù)荷明顯增大，經(jīng)汽提后出塔液氨氮含量仍高達(dá)800～1 000 mg／L，出塔液返回氣化磨煤單元作為制漿補(bǔ)水而造成氣化外排廢水氨氮含量超標(biāo)。

（3）環(huán)保指標(biāo)控制問題。為保證汽提塔出液氨氮指標(biāo)合格，在不對塔體進(jìn)行改造的情況下，生產(chǎn)中只能增大汽提塔的蒸汽用量，但這樣的操作會帶來塔頂不凝氣溫度高、汽提氣帶水等問題，硫回收系統(tǒng)無法全部接收汽提塔塔頂含氨不凝氣，始終有一部分含氨不凝氣不得不在現(xiàn)場放空，影響現(xiàn)場及周邊環(huán)境。

為解決上述問題，兗新煤化經(jīng)調(diào)查、論證后認(rèn)為，必須對變換冷凝液汽提系統(tǒng)進(jìn)行改造。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有著強(qiáng)大的開放性、流動(dòng)性和共享性，因此發(fā)展速度非?？?。如果現(xiàn)代科技在教育領(lǐng)域得到應(yīng)用，就可以支持高校教育資源共享。

4 優(yōu)化改造方案與系統(tǒng)流程及運(yùn)行注意事項(xiàng)

4.1 變換冷凝液汽提系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

（1）在原汽提塔塔頂換熱器的N1、N2冷流體進(jìn)出口加盲板，停止使用汽提塔塔頂換熱器，不再使用自回流的方式；同時(shí)，在汽提塔頂部氣相出口新增1臺臥式換熱器（E1），入塔冷凝液與塔頂高溫汽提氣在新增的臥式換熱器中進(jìn)行熱交換，冷凝后的含氨凝液收集至新增的分離罐（V1）中，以有效防止原汽提塔塔頂換熱器腐蝕泄漏造成的汽提氣帶水。

（2）為消除汽提塔系統(tǒng)管線銨鹽結(jié)晶，在新增臥式換熱器（E1）與汽提塔之間設(shè)置旁路，用于調(diào)節(jié)出E1的工藝介質(zhì)的溫度，即通過控制入E1的冷凝液量將汽提塔塔頂氣相溫度由原75℃提高至約90℃，以避免汽提塔系統(tǒng)管線的銨鹽結(jié)晶。

（3）對于汽提塔塔底腐蝕物堆積堵塞影響釜液排放的問題，兗新煤化利用系統(tǒng)大修機(jī)會將原始設(shè)計(jì)的塔底液排口從汽提塔底部向上提高50 mm，留出足夠的空間用于截留沉積物，以免塔底腐蝕沉積物堆積影響釜液排放和腐蝕沉積物進(jìn)入冷凝液管線。

（4）原始設(shè)計(jì)中，塔頂汽提氣只有一路去硫回收系統(tǒng)焚燒處理，為解決硫回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)汽提氣只能在現(xiàn)場放空的問題，塔頂汽提氣增設(shè)一路去熱電鍋爐焚燒的管線。

4.2 改造后變換冷凝液汽提系統(tǒng)流程

改造后變換冷凝液汽提系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖1。

圖1 改造后汽提系統(tǒng)工藝流程簡圖

變換冷凝液進(jìn)入新增臥式換熱器（E1），經(jīng)初步加熱后進(jìn)入冷凝液汽提塔上部的填料層與低壓蒸汽逆向接觸，液相流入塔底，出塔后經(jīng)冷凝液泵（P1）加壓送至氣化閃蒸系統(tǒng)；汽提塔內(nèi)汽提氣從塔頂出來后進(jìn)入E1降溫冷卻，經(jīng)E1換熱冷凝后的高氨氮冷凝液自流進(jìn)入新增的分離罐（V1）中，經(jīng)泵（P2）加壓后，大部分作為汽提塔回流液，少部分送至氣化磨煤單元作為制漿補(bǔ)水；V1頂部設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥（PV2014），不凝氣經(jīng)PV2014送至硫回收焚燒爐和熱電鍋爐，事故狀態(tài)下不凝氣可通過現(xiàn)場放空管線進(jìn)行高點(diǎn)放空。為控制汽提塔塔頂氣相的溫度，防止氣相溫度太低而致汽提系統(tǒng)管線銨鹽結(jié)晶，通過溫度控制調(diào)節(jié)閥（TV2041）調(diào)控進(jìn)入E1的變換冷凝液量。

4.3 改造后系統(tǒng)運(yùn)行注意事項(xiàng)

（1）變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行過程中，注意監(jiān)控新增分離罐（V1）的液位，防止其液位過高，以免造成汽提氣帶水，進(jìn)而導(dǎo)致硫回收焚燒爐和熱電鍋爐爐膛進(jìn)水。

（2）變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行過程中，注意控制新增臥式換熱器（E1）出口氣溫度在90～93℃。E1出口氣溫度過低不僅會造成汽提塔系統(tǒng)管線銨鹽結(jié)晶，而且會導(dǎo)致送至氣化磨煤單元和閃蒸系統(tǒng)的冷凝液氨氮含量偏高；而E1出口氣溫度過高，會致汽提氣中飽和水蒸氣較多，影響硫回收焚燒爐和熱電鍋爐的運(yùn)行。

5 結(jié)束語

兗新煤化600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目變換冷凝液汽提系統(tǒng)2020年4月完成改造后，截至2021年9月，變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)臥式換熱器（E1）有腐蝕跡象，變換冷凝液汽提系統(tǒng)換熱設(shè)備運(yùn)行周期有效延長，杜絕了技改前塔頂換熱器的頻繁腐蝕泄漏及檢修更換，有效降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本；汽提塔塔底液出口管線改造后，冷凝液泵（P1）運(yùn)行穩(wěn)定，因塔底過濾器堵塞而致的出口流量、壓力波動(dòng)現(xiàn)象大幅減少，有效削減了維修成本；系統(tǒng)產(chǎn)生的高氨氮廢水全部得以回收利用，減少了一次水的使用，有效降低了污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，因后系統(tǒng)檢修等造成的就地放空情況也得到徹底消除，汽提氣全部得到回收，杜絕了有毒有害氣體的排放，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的改善保障了員工的身心健康?？傊儞Q冷凝液汽提系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)存在的部分不足與缺陷得以消除，設(shè)備的使用壽命有效延長，保障了系統(tǒng)的安全、環(huán)保、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行，具有明顯的環(huán)境效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益；但目前我們對變換冷凝液汽提系統(tǒng)的腐蝕原理還沒有徹底了解和掌握，后期會與設(shè)計(jì)院、科研院校加強(qiáng)溝通交流，徹底摸清腐蝕原因，不斷優(yōu)化變換冷凝液汽提系統(tǒng)的運(yùn)行，助力整個(gè)600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行。