航天爐變換冷凝液系統(tǒng)改造總結(jié)

張世飛,張林峰

(安徽晉煤中能化工股份有限公司，安徽阜陽(yáng) 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱中能化工)一期航天爐裝置碳洗塔為后序變換工序提供用水。2020年上半年，碳洗塔發(fā)生堵塞，粗煤氣帶水帶塵，直接影響變換工序的安全運(yùn)行。為此，筆者分析了碳洗塔結(jié)垢堵塞的原因，并提出解決措施。

1 存在的問(wèn)題

(1) 氣化碳洗塔用水來(lái)自變換工序的鍋爐水和變換氣冷凝液。鍋爐水為除氧水，水質(zhì)合格；變換氣冷凝液是系統(tǒng)循環(huán)使用的水，沒(méi)有配套的處理裝置，水體積流量為20 m3/h，經(jīng)分析氨氮質(zhì)量濃度、化學(xué)需氧量(COD)高達(dá)3 000 mg/L。

(2) 碳洗塔一旦結(jié)垢，系統(tǒng)壓差上升很快，氣化爐到變換工序的壓差最高達(dá)1.0 MPa，變換工序帶水、帶灰嚴(yán)重，系統(tǒng)只能減負(fù)荷生產(chǎn)。

(3) 煤氣帶水帶塵嚴(yán)重，溫度低至180 ℃(設(shè)計(jì)值為200 ℃)，變換工序需要大量外加蒸汽。

(4) 煤塵積在換熱器和觸媒層中，造成變換工序阻力大，并嚴(yán)重影響換熱效果和觸媒使用壽命。

2 目標(biāo)確定

為延長(zhǎng)航天爐裝置運(yùn)行周期，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，確定年度目標(biāo)：(1) 降低變換氣冷凝液中氨氮質(zhì)量濃度、COD(<10 mg/L)；(2) 減少裝置因結(jié)垢堵塞造成的停車(chē)檢修次數(shù)；(3) 將冷凝液現(xiàn)場(chǎng)排放量降低到零。

3 原因分析

筆者從工藝、設(shè)備、人員等方面分析了氣化碳洗塔堵塞的原因。

工藝方面的原因?yàn)椋?1) 工藝流程設(shè)計(jì)不合理；(2) 系統(tǒng)冷凝液循環(huán)使用；(3) 變換氣中氨含量高；(4) 變換副反應(yīng)多[1-2]。

設(shè)備方面的原因?yàn)椋?1) 現(xiàn)有裝置處理能力低；(2) 沒(méi)有配套冷凝液處理系統(tǒng)。

人員方面的原因?yàn)椋?1) 操作不當(dāng)導(dǎo)致工況波動(dòng)大；(2) 操作規(guī)程不完善；(3) 業(yè)務(wù)技能差，缺乏應(yīng)變能力[3-4]。

另外，分析監(jiān)控項(xiàng)目缺失、系統(tǒng)用水緊張導(dǎo)致置換量小均是造成碳洗塔堵塞的原因。

4 對(duì)策措施

(1) 技改增設(shè)水處理裝置。

2020年3月，在變換汽提塔增設(shè)1臺(tái)泵(利舊)，將冷凝液先在常壓下進(jìn)行加熱汽提，解吸出其中的氨，再通過(guò)泵加壓把汽提后的冷凝液送往氣化碳洗塔，冷凝液中氨氮質(zhì)量濃度、COD由原來(lái)的3 000 mg/L降到10 mg/L以下。

(2) 調(diào)整操作，提升平衡變換率，變換氣冷凝液中氨質(zhì)量濃度平衡在600 mg/L。

自從開(kāi)車(chē)以來(lái)，變換爐二段觸媒一直未更換過(guò)，由于觸媒老化，變換系統(tǒng)的壓差達(dá)到480 kPa左右，影響系統(tǒng)負(fù)荷的增加。利用變換爐原有管線進(jìn)行改造，對(duì)變換爐二段增加1條副線，通過(guò)二段副線的調(diào)節(jié)，降低變換爐的壓差，減小系統(tǒng)的阻力。變換爐壓差從480 kPa降到350 kPa，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

針對(duì)變換系統(tǒng)3臺(tái)廢鍋列管泄漏的問(wèn)題，利用2020年7月停車(chē)檢修機(jī)會(huì)，對(duì)3臺(tái)廢鍋進(jìn)行換芯，保證3臺(tái)廢鍋運(yùn)行的正常。另外增加1臺(tái)加藥泵去除氧槽，通過(guò)配堿來(lái)保證脫鹽水pH合格，從而減少設(shè)備的腐蝕，保證3臺(tái)廢鍋能長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行。

(3) 合理優(yōu)化工藝流程。

(4) 制定操作法，統(tǒng)一操作思路。

(5) 組織業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，加強(qiáng)培訓(xùn)。

5 實(shí)施效果

汽提塔泵投用后，外送冷凝液中氨氮質(zhì)量濃度、COD降至10 mg/L以下，系統(tǒng)冷凝液完全實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

改造后未再出現(xiàn)因氣化碳洗塔堵塞導(dǎo)致粗煤氣帶水現(xiàn)象，保障了變換系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

煤氣帶水帶塵問(wèn)題得到解決，煤氣溫度高達(dá)190 ℃，1號(hào)變換爐外加蒸汽質(zhì)量流量由原來(lái)的5.0 t/h減少至3.5 t/h。

6 效益計(jì)算

技改后煤氣溫度由180 ℃升至190 ℃，變換爐外加4.9 MPa蒸汽質(zhì)量流量減少1.5 t/h。每噸蒸汽成本為130元，2020年下半年生產(chǎn)按150 d計(jì)算，節(jié)約的蒸汽費(fèi)用為70.2萬(wàn)元。

由于技改后，氣化來(lái)粗煤氣氣質(zhì)好轉(zhuǎn)，變換阻力上升較為緩慢，比上一年同期壓差降低 0.2 MPa，合成氣壓縮機(jī)組蒸汽消耗質(zhì)量流量降低約0.68 t/h，則半年可以節(jié)約費(fèi)用約31.82萬(wàn)元。

冷凝液完全循環(huán)利用后，污水減排體積流量為20 m3/h，處理每噸污水成本為2.0元，則減少污水處理產(chǎn)生的費(fèi)用約為14.4萬(wàn)元。

變換冷凝液系統(tǒng)改造后，2020年下半年生產(chǎn)中為公司直接節(jié)約的費(fèi)用共計(jì)約116.42萬(wàn)元。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)由于氣化碳洗塔堵塞而造成的粗煤氣帶水帶塵、系統(tǒng)阻力大、各項(xiàng)消耗高的問(wèn)題，分析認(rèn)為碳洗塔結(jié)垢堵塞的原因是水中氨氮質(zhì)量濃度高、COD高。通過(guò)改變冷凝液水質(zhì)解決了該問(wèn)題，防止粗煤氣帶水給變換工序造成影響。變換冷凝液系統(tǒng)改造后，每年可為公司直接節(jié)約232.84萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。