液氮洗冷箱阻力大原因分析

喬 飛

(湖北祥云集團(tuán)云華安化工有限公司，湖北武穴 435400)

湖北祥云集團(tuán)云華安化工有限公司采用煤為原料生產(chǎn)合成氨，包含空分、煤氣化、合成氨、硫回收等主要裝置及配套的公用工程。該項(xiàng)目采用新型多噴嘴水煤漿氣化、耐硫絕熱變換、低溫甲醇洗、液氮洗、卡薩利合成氨的經(jīng)典工藝流程，年產(chǎn)液氨40萬(wàn)t。

1 工藝概述

液氮洗裝置將來自酸性氣體脫除工序的凈化氣，先經(jīng)分子篩吸附氣體中的CO2及微量的甲醇(CH3OH)，氣體中的有害物質(zhì)(CO、Ar、CH4)在氮洗塔中被低溫液氮洗滌出來，保證出工段氣體中φ(CO)≤2×10-6、φ(CO2+CO+O2)≤10×10-6、φ(Ar)≤27×10-6、φ(CH4)≤10×10-6。洗滌后合成氣進(jìn)行配氮(n(H2)∶n(N2)=3∶1)，送至氨合成工序，副產(chǎn)循環(huán)H2送往甲醇洗裝置回收有效氣，燃料氣送鍋爐裝置[1]。

2 工藝流程

2.1 分子篩純化系統(tǒng)

分子篩純化又稱預(yù)處理，其目的是將原料氣中的CO2、CH3OH等雜質(zhì)除去。來自酸性氣體脫除工序的凈化氣(5.65 MPa、-56.48 ℃)先進(jìn)入吸附器，將其中的微量CO2、CH3OH等雜質(zhì)脫除，以免其在冷箱內(nèi)凍結(jié)并引起低溫設(shè)備和管道的堵塞。

分子篩純化系統(tǒng)由2臺(tái)吸附器(內(nèi)裝分子篩)組成，1臺(tái)吸附，1臺(tái)再生，切換周期為24 h。

2.2 冷箱系統(tǒng)

經(jīng)吸附器處理后的凈化氣送入冷箱中的1號(hào)原料氣冷卻器和2號(hào)原料氣冷卻器，與合成氣、燃料氣和循環(huán)H2換熱后進(jìn)入氮洗塔下部。其中所含的CO、Ar和CH4等在氮洗塔中被來自氮洗塔頂部的液氮吸收，凈化后的含有少量N2的精制氣從氮洗塔塔頂出來，經(jīng)2號(hào)原料氣冷卻器復(fù)熱后配入中壓N2，基本達(dá)到氨合成要求的氫氮比(n(H2)∶n(N2)=3∶1)要求，再經(jīng)過1號(hào)原料氣冷卻器復(fù)熱、配氮實(shí)現(xiàn)合理的氫氮?dú)饣瘜W(xué)配比后精制氣送入氨合成工序。

氮洗塔底部的液體經(jīng)過減壓，在H2分離器中閃蒸，閃蒸汽作為循環(huán)H2，經(jīng)過2號(hào)原料氣冷卻器、1號(hào)原料氣冷卻器和中壓N2冷卻器復(fù)熱后出冷箱。H2分離器底部排出的液體，經(jīng)過2號(hào)原料氣冷卻器、1號(hào)原料氣冷卻器和中壓N2冷卻器復(fù)熱后出冷箱。另外，為了滿足開停車的需要，系統(tǒng)設(shè)置安全排放系統(tǒng)，緩沖罐將氣體精制工序中的冷液體收集起來，緩沖罐閃蒸的冷氣體和冷火炬氣采用火炬氣體加熱器復(fù)熱至常溫后送火炬。

3 冷箱堵塞的過程及現(xiàn)象

2021年10月11日 10:18：00液氮洗開洗滌氮閥門(FV04310)開始積液，10:58：00 FV04310開度為38%，冷箱進(jìn)口中壓N2壓力為6.12 MPa，冷箱內(nèi)FV04310前 N2壓力為3.32 MPa，中壓N2管線阻力過大。11:36:00 FV04310關(guān)至0，冷箱進(jìn)口中壓N2壓力為6.12 MPa，冷箱內(nèi)FV04310前N2壓力與N2管網(wǎng)壓力一致。再次嘗試依舊如此，判定中壓N2管線堵塞。

4 原因分析

該液氮洗裝置當(dāng)時(shí)正處于開車過程，變換中壓N2盲板及酸脫中壓N2盲板仍處于“通”位，但其切斷閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。對(duì)冷箱中壓N2分析發(fā)現(xiàn)有NH3存在，懷疑切斷閥內(nèi)漏，變換工藝氣進(jìn)入中壓N2系統(tǒng)，但分析未發(fā)現(xiàn)硫化氫等成分。

冷箱聯(lián)鎖停車后精配氮閥門(FV04305)關(guān)閉，前后切斷閥并未關(guān)閉；對(duì)FV04305進(jìn)行試漏，發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏(2022年7月檢修閥門拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)閥芯有明顯損傷)。對(duì)FV04305間倒淋取樣分析露點(diǎn)不合格，中壓N2外管網(wǎng)露點(diǎn)合格，排除了變換氣進(jìn)入N2管線的可能[2]。

經(jīng)過一段時(shí)間的分析和前后工段停車期間的數(shù)據(jù)查找發(fā)現(xiàn)，2021年10月7日10:03：00空分裝置跳車，10:07：00中壓N2壓力低低(5.7 MPa)液氮洗聯(lián)鎖停車，合成塔正處于升溫還原期間中期，為降水汽濃度，合成氣壓縮機(jī)繼續(xù)運(yùn)行,進(jìn)口壓力維持在1.5 MPa左右，各段防喘振閥開度較大。機(jī)組進(jìn)口大閥是通知儀控解除聯(lián)鎖后才關(guān)閉的，時(shí)間間隔較長(zhǎng)。在此期間冷箱出口合成氣管線壓力有明顯上漲現(xiàn)象(0.20～0.67 MPa)，后緩慢下降；2021年10月8日01:24:00合成氣管線壓力(0.53 MPa)又高于中壓N2管線壓力，進(jìn)而確定造成中壓N2管線堵塞原因應(yīng)該是合成塔升溫還原期間合成氣壓縮機(jī)未停車，同時(shí)未及時(shí)關(guān)閉進(jìn)口閥門，含水汽的合成氣倒流至冷箱出口合成氣管線，冷箱內(nèi)N2管線壓力又低于合成氣管線壓力后，水汽通過FV04305(內(nèi)漏)進(jìn)入冷箱，造成中壓N2管線阻力增加，形成凍堵。

5 冷箱堵塞的處理

5.1 冷箱復(fù)熱干燥

(1) 復(fù)熱初期由于冷箱內(nèi)溫度低，通過燃料氣、合成氣復(fù)熱管線進(jìn)行復(fù)熱。

(2) 冷箱內(nèi)最低溫度大于-20 ℃后，改用再生系統(tǒng)N2加快復(fù)熱(再生N2量大)。

(3) 復(fù)熱主要以N2管線為主，關(guān)閉氫氮比調(diào)節(jié)閥(FV04309)、FV04310，通過冷排口(N10、N12、N14)接臨時(shí)N2管直接往中壓N2管線進(jìn)低壓N2反吹。需要對(duì)所拆開的3個(gè)冷排口火炬?zhèn)冗M(jìn)行封堵，防止空氣進(jìn)入。

(4) N2管線吹掃合格后，打開FV04309、FV04310，對(duì)原料氣、循環(huán)H2、燃料氣、合成氣、N2管線再次干燥并取樣進(jìn)行露點(diǎn)分析。

5.2 復(fù)熱干燥合格標(biāo)準(zhǔn)

(1) 復(fù)熱需要覆蓋所有冷區(qū)通道，必須將所有液態(tài)和固態(tài)沉積物解凍復(fù)熱完全。

(2) 冷箱內(nèi)最低點(diǎn)溫度≥10 ℃或接近干燥氣源N2溫度時(shí)吹掃12 h以上。

(3) 當(dāng)排出的熱氣體的露點(diǎn)溫度與進(jìn)入的氣體的露點(diǎn)溫度相同時(shí)，加熱過程結(jié)束。

(4) 排出熱氣中水體積分?jǐn)?shù)應(yīng)低于10 μL/L(露點(diǎn)小于-70 ℃)，并且要求所有出口的置換氣溫度達(dá)到環(huán)境溫度[3]。

6 解決措施及建議

(1) 完善《液氮洗緊急停車預(yù)案》，考慮調(diào)節(jié)閥可能內(nèi)漏，停車后第一時(shí)間將前后切斷閥全部關(guān)閉。及時(shí)處理和更換內(nèi)漏閥門。

(2) 液氮洗裝置停車先保壓，冷箱內(nèi)循環(huán)H2、燃料氣、原料氣、中壓N2、合成氣管線壓力要高于外界壓力，留足夠的現(xiàn)場(chǎng)隔離時(shí)間。

(3) 裝置停車時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，盡可能對(duì)冷箱進(jìn)行復(fù)熱處理。

(4) 正常運(yùn)行時(shí)，防止分子篩穿透。保證再生N2用量、溫度，冷吹峰值，分子篩運(yùn)行時(shí)的進(jìn)出口溫差、壓差；盡可能降低甲醇洗吸收塔出口CH3OH及CO2含量[4]。

7 結(jié)語(yǔ)

液氮洗冷箱復(fù)熱時(shí)間比較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)計(jì)劃的完成。在緊急停車狀態(tài)下，首先要將冷箱壓力維持高于外界其他介質(zhì)壓力，同時(shí)要清楚液氮洗各調(diào)節(jié)閥門內(nèi)漏情況，第一時(shí)間將其前后切斷閥關(guān)閉，與外界隔絕。通過以上操作，可很好地保護(hù)冷箱，保證裝置的穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。