托普索合成氨裝置技改小結(jié)

王愛民，鄭曉建，陳小龍

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)石化塔里木石化分公司， 新疆庫(kù)爾勒 841000)

中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)石化塔里木大化肥裝置中，合成氨系統(tǒng)采用丹麥托普索傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化工藝(由中國(guó)成達(dá)工程有限公司根據(jù)托普索工藝包完成初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì))。2010年3月24日一段爐首次點(diǎn)火，5月5日成功打通流程產(chǎn)出液氨，試車投產(chǎn)一次成功。

1 液氨加熱器增加冷凝液回收泵

氨罐內(nèi)的冷液氨由液氨輸送泵抽出，在送往尿素裝置前需要在液氨加熱器(05E0001)中預(yù)熱。為防止蒸汽冷凝液結(jié)凍，05E0001采用雙“U”型特殊設(shè)計(jì)，在換熱器的殼程充滿了常溫液氨，通過常溫氨的蒸發(fā)和冷凝對(duì)冷氨進(jìn)行加熱，避免蒸汽與冷氨直接接觸。預(yù)熱后液氨的溫度由溫度控制自調(diào)閥(TIC-0503)控制。加熱后的蒸汽冷凝液通過疏水器，送往冷凝液回收系統(tǒng)。液氨加熱器主要的作用是彌補(bǔ)系統(tǒng)氨量，將氨罐中的液氨加熱后輸送到系統(tǒng)及液氨裝車臺(tái)。

以上工作是間歇性的，故液氨加熱器要根據(jù)不同的作用增添蒸汽。不同冷凝液經(jīng)過疏水器到冷凝液系統(tǒng)進(jìn)一步回收的過程，也是間歇性的，且環(huán)境溫度不同，經(jīng)常造成冷凝液管線有液擊現(xiàn)象，需要操作人員處理。將原塔西南煉化廠化肥廠冷凝液回收泵運(yùn)用到此處，可自動(dòng)回收凝結(jié)水到冷凝液系統(tǒng)，且再也沒有發(fā)生液擊現(xiàn)象，一定程度上減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證資源再利用[1-2]。

2 高變鍋爐給水預(yù)熱器回除氧器管線改造

合成氨裝置中，在高變鍋爐給水預(yù)熱器(E212)后、汽包(B201)前，設(shè)計(jì)管線返回除氧器(B701)，在開停工過程中使用。此改造目的是防止高壓汽包上水汽化，增加水流量，同時(shí)保證B201液位不會(huì)上漲過快。近年來，進(jìn)B201前回流至B701的管線多次出現(xiàn)管壁沖刷變薄導(dǎo)致泄漏的情況。該漏點(diǎn)與B701本體相連，無法切除，只能帶壓堵漏引流焊接閥門處理。E212回B701管線泄漏一直是本裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的重點(diǎn)隱患。

該管線前后壓差較高，高壓水經(jīng)過閥后迅速減壓汽化，高壓的汽液混合對(duì)管壁的沖刷較為嚴(yán)重，管壁逐漸變薄后泄漏。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將兩道閥門和限流孔板放置在靠近設(shè)備本體處，減少兩道閥后的彎頭及管線，避免沖刷管線，降低泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

自2019年2月26日改造完成后，管線既未發(fā)生泄漏，也無振動(dòng)。

3 高壓閃蒸塔壓力控制閥增加副線

3.1 生產(chǎn)中臨時(shí)增加放空跨線

2020年9月25日12:45，脫碳系統(tǒng)循環(huán)氣壓縮機(jī)(K301)降負(fù)荷停機(jī)，高閃塔壓力自調(diào)閥(PIC-3014)逐漸全開，同時(shí)高壓閃蒸塔(B302)壓力至0.89 MPa，且有繼續(xù)上漲的趨勢(shì)。為防止設(shè)備超壓(B302安全閥啟跳壓力為1.20 MPa)，脫碳系統(tǒng)只能降負(fù)荷運(yùn)行。K301停機(jī)(因設(shè)備故障暫時(shí)無法備機(jī))后，PV-3014放空量不夠，造成B302超壓，整個(gè)系統(tǒng)負(fù)荷被迫降至95%運(yùn)行。通過優(yōu)化脫碳系統(tǒng)運(yùn)行工況，提高消泡劑的投加頻次，降低系統(tǒng)循環(huán)量，適當(dāng)降低系統(tǒng)熱量，保證B302運(yùn)行壓力不超過0.83 MPa(正常運(yùn)行及設(shè)計(jì)指標(biāo)為0.79 MPa)的情況下，將系統(tǒng)負(fù)荷勉強(qiáng)提升至96%。B302壓力高會(huì)導(dǎo)致低閃出口二氧化碳產(chǎn)品中氫含量上升，對(duì)尿素裝置運(yùn)行不利，同時(shí)，消泡劑投加量增大會(huì)造成后期脫碳溶液發(fā)泡，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行不利。B302壓力高成為K301停機(jī)后系統(tǒng)加負(fù)荷困難的主要瓶頸[3-4]。

選定增加K301臨時(shí)放空跨線(B302壓力控制在指標(biāo)范圍內(nèi))，兩個(gè)導(dǎo)淋之間的距離為5 m左右，配管簡(jiǎn)單(見圖1)。打開入口閘閥，全開入口導(dǎo)淋閥，全開機(jī)組安全閥放空管線導(dǎo)淋閥，B302壓力由壓力控制閥(PV-3014)控制。

K301—脫碳系統(tǒng)循環(huán)氣壓縮機(jī)；B302—高壓閃蒸塔；B305—循環(huán)氣分離器；PV-3014—B302壓力控制閥；V002—K301安全閥Ⅰ；V006—K301安全閥Ⅱ；F302—CO2吸收塔。

9月30日11:25投用，效果明顯，PV-3014開度從100%下降至50%，B302壓力下降，系統(tǒng)負(fù)荷逐漸提至100%。將B302壓力從0.83 MPa調(diào)整至正常指標(biāo)0.79 MPa，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

自9月30日開始到11月22日停工之間，系統(tǒng)負(fù)荷一直為100%，且消泡劑增加量也在正常允許的范圍內(nèi)，節(jié)能降耗效果顯著?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員不需要不停添加消泡劑，勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

3.2 B302壓力控制閥增加副線

2019年冬修時(shí)，B302臨時(shí)增加壓力控制閥(PV3014)副線。因疫情，K301改造延后，該條管線在疫情復(fù)工階段起到重要作用。

2020年3月30日凌晨，K301因電機(jī)故障跳車，在短短17 s內(nèi)，B302壓力達(dá)到0.91 MPa。操作人員立即將該副線的放空旁路全開，并沖消泡劑200 mL，系統(tǒng)負(fù)荷從100.9%降至99%，B302壓力得以控制在0.79 MPa，避免設(shè)備因超壓安全閥起跳。

4 共用表冷器改造

共用表冷器(E401)主要有2個(gè)作用：一是將壓縮機(jī)中的乏汽冷凝成冷凝水，可用于循環(huán)利用；二是建立并維持高度真空，降低汽輪機(jī)排氣壓力，增加汽輪機(jī)功率。

夏季生產(chǎn)運(yùn)行過程中，E401真空度(PI-7055)為-0.06 MPa，合成氣壓縮機(jī)(K431)的排氣溫度達(dá)到93 ℃。PI-7055對(duì)三大機(jī)組的振動(dòng)、脹差、軸向位移、推力瓦溫度、排氣溫度等指標(biāo)有影響。尤其是機(jī)組蒸汽消耗大，不僅對(duì)機(jī)組部件運(yùn)行不利，而且機(jī)組焓降下降、冷凝液回收增加、整體消耗動(dòng)能損失較大。2019年7月，系統(tǒng)短停時(shí)，PI-7055一度好轉(zhuǎn)，控制在-0.07 MPa運(yùn)行，但對(duì)其正常指標(biāo)(-0.08 MPa)而言，還有差距，需要在冬修過程中加以改造。

4.1 驅(qū)動(dòng)抽汽器改造

驅(qū)動(dòng)抽汽器(EJ401)的蒸汽為0.40 MPa低壓蒸汽。當(dāng)啟抽打開后，抽吸處的壓力已經(jīng)降至0.32 MPa，此時(shí)再投主抽，反而使E401的真空度下降。經(jīng)查,主蒸汽管線供應(yīng)蒸汽量不足，啟抽和主抽全開時(shí)蒸汽使用量大，蒸汽壓力低造成抽汽器工作不好。現(xiàn)將管線尺寸改為和總管尺寸一樣，以提高驅(qū)動(dòng)蒸汽的動(dòng)力。2020年EJ401投用時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)蒸汽壓力表顯示為0.39 MPa(原為0.32 MPa)，PI-7055由-45 kPa變化為-66 kPa。提高驅(qū)動(dòng)蒸汽的壓力對(duì)節(jié)能降耗和壓縮機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行有益。

4.2 E401大氣安全閥排液管線加裝導(dǎo)淋

E401大氣安全閥排液管線存在“U”型彎，每年冬季停工期間，為防止此處因存水而被凍裂，需將“U”型彎低點(diǎn)管線割開排液。為此，在“U”型彎處加裝排液導(dǎo)淋。正常運(yùn)行時(shí)，此導(dǎo)淋關(guān)閉；冬季時(shí)，打開導(dǎo)淋，將積液排盡，防止管線凍裂。

4.3 改造效果

據(jù)統(tǒng)計(jì)，PI-7055每下降1%，蒸汽消耗增加1.0%～1.5%，出力約下降1%。2019年實(shí)施上述措施后，PI-7055提高了5～6 kPa，避免了三大機(jī)組透平在低真空條件下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，保障了設(shè)備的安全，同時(shí)節(jié)能降耗效果較好。

對(duì)于抽汽凝汽式透平，當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷不變時(shí),排氣壓力降低1%,相當(dāng)于蒸汽消耗率降低1%～2%。K431透平排氣壓力降低8.77%，空氣壓縮機(jī)(K421)透平降低8.77%，由此計(jì)算:

可減少高壓蒸汽(500 ℃、10.80 MPa)用量為20.9 t/h； 可減少中壓蒸汽(383 ℃、4.27 MPa)用量為4.71 t/h。

5 氨罐排盡口虹吸管的改造

2019年冬修時(shí)，對(duì)運(yùn)行10 a的氨罐進(jìn)行首檢前工藝處理。排氨虹吸管不位于氨罐底部，需使用氨罐進(jìn)水升氨罐壁溫的方法處理高度為30 mm的余氨。進(jìn)水后發(fā)現(xiàn)氨罐底部不平整，其實(shí)有50～60 mm的余氨(25～50 t)。故進(jìn)水100 t，將氨水混合液全部打入尿素裝置地下槽，以進(jìn)一步回收利用。

對(duì)氨罐底部排盡口進(jìn)行改造，增加虹吸管口的高度，降低環(huán)保處理余氨的難度，也避免危及操作員工健康。

6 小空壓機(jī)油冷卻器過濾器改造

夏季運(yùn)行過程中，小空壓機(jī)因油溫超過50 ℃報(bào)警，除了采取噴淋、引流、遮陽等措施以外，小空壓機(jī)需要短停以清洗過濾器。每一次短停，系統(tǒng)都需要降負(fù)荷，增加了安全隱患。

在窗口檢修過程中，安裝并聯(lián)式過濾器，采用外濾式過濾器，可在線反沖洗。經(jīng)過試運(yùn)行，進(jìn)一步改造反沖洗過濾器的底部堵頭，保證在線清洗水渣易被排出。

7 結(jié)語

通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)改造，既滿足生產(chǎn)工藝的需求，在一定程度上減輕操作員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，又保證設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。