S-300 型氨合成塔催化劑卸裝應(yīng)用

萬棋棋，袁仁華

（貴州天?；び邢挢?zé)任公司，貴州 福泉 550501）

0 引言

貴州天福化工有限責(zé)任公司以貴州豐富的煤炭資源為原燃料，采用世界先進(jìn)干粉粉煤加壓氣化技術(shù)、高水氣比變換工藝、低溫甲醇洗脫硫脫碳、分子篩及液氮洗氣體精制、低壓氨合成、中壓甲醇合成等技術(shù)，建成年產(chǎn)30 萬t 合成氨、25 萬t 甲醇、15 萬t 二甲醚等項(xiàng)目，該套裝置于2010 年建設(shè)完成，10 月一次投料試車成功。氨合成塔采用的是丹麥托普索公司S-300 徑向流反應(yīng)器。S-300 型氨合成塔總高23.33 m，直徑2.5 m，內(nèi)件質(zhì)量54 t，總體結(jié)構(gòu)為3 層，層間換熱形式。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，從上至下包括：1 床層觸媒框、1 床層換熱器、冷激氣軟管、2 床層觸媒框、2床層換熱器、3 床層觸媒框、中心管7 部分。

1 工藝流程（圖1）簡述

圖1 合成氨工藝流程簡圖

液氮洗洗滌合格的合成氣與氨閃蒸罐的閃蒸氣混合經(jīng)合成氣壓縮機(jī)做功，再與循環(huán)氣混合進(jìn)入三段做功后進(jìn)入熱交換器，在熱交換器里新鮮合成氣與中壓鍋爐水換熱后分3 路進(jìn)入合成塔。第一路合成氣由A1、A2 入口進(jìn)入，氣體沿合成塔外筒與觸媒筐間的環(huán)隙自下而上進(jìn)入合成塔頂部管口，氣體通過第一床間換熱器中心管進(jìn)入換熱器底部管板，向上進(jìn)入管程，冷卻一床出口反應(yīng)氣，控制進(jìn)入第二床層反應(yīng)氣溫度。另一路合成氣從塔底部中心管口經(jīng)A3 入口進(jìn)入，經(jīng)中心管進(jìn)入第二床間換熱器底部管板，向上進(jìn)入管程，冷卻二床出口反應(yīng)氣，控制進(jìn)入第三床的反應(yīng)氣溫度。第三路由塔頂冷激口A4 進(jìn)入，在合成塔頂部管內(nèi)與來自兩個(gè)床間換熱器管程的兩股氣體混合，冷激氣用來控制第一床催化劑進(jìn)口合成氣的溫度?；旌虾蟮臍怏w徑向通過各催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體經(jīng)中心管B 口流出。反應(yīng)釋放的熱量經(jīng)高壓鍋爐水預(yù)熱器、中壓鍋爐給水預(yù)熱器換熱回收后，再經(jīng)過冷交換器，第一氨冷器、第二氨冷器冷卻至0 ℃，在氨分離器分離液氨和未反應(yīng)工藝氣，底部液氨進(jìn)入氨閃蒸槽閃蒸回收氫氣和氮?dú)?，底部成品液氨輸送至?chǔ)罐儲(chǔ)存。

2 氨合成工藝特點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

1）進(jìn)入氨合成塔的合成氣先經(jīng)過外筒與內(nèi)筒的環(huán)隙，減少向外筒散熱，外筒只承受高壓，不承受高溫，可以采用低合金鋼制作。內(nèi)件雖在高溫下工作，但只承受環(huán)隙氣體與內(nèi)件氣流的壓差，因此只承受高溫，不承受高壓，可以采用不銹鋼制作；

2）操作靈活，能通過床層入口控制閥開度控制各床層的熱點(diǎn)溫度，接近最適宜溫度曲線，出口氨凈值高；

3）采用徑向流和層間換熱形式，合理回收熱量，轉(zhuǎn)換率高，產(chǎn)量大；

4）催化劑顆粒為1.5～3 mm，能有效減小氣體通過觸媒框的阻力，節(jié)省壓縮機(jī)蒸汽消耗[1]。

2.2 缺點(diǎn)

1）氨合成塔催化劑更換周期長，需用150 t 大型起重設(shè)備裝卸內(nèi)件；

2）氨合成塔安裝高度較高，更換催化劑時(shí)，存在交叉作業(yè)，可能引起機(jī)械傷害、起重傷害、中毒窒息等事故；

3）合成氣為徑向流動(dòng)，其流動(dòng)截面和氣量速度不斷變化，可能引起工藝氣偏流現(xiàn)象，影響催化劑利用率；

4）氨合成塔內(nèi)件與內(nèi)筒間隙小，要求安裝精確度高[2]。

3 氨合成催化劑卸出及內(nèi)件拆除順序主要流程（見圖2）

圖2 氨合成催化劑卸出及內(nèi)件拆除順序主要流程

4 氨合成催化劑裝填及內(nèi)件安裝順序主要流程（見圖3）

圖3 氨合成催化劑裝填及內(nèi)件安裝順序流程

5 催化劑卸裝過程中安全、質(zhì)量管理措施

5.1 安全管理方面

開工前檢查準(zhǔn)備：每天進(jìn)氨合成塔作業(yè)前，對(duì)催化劑作業(yè)人員，鏟車師傅、吊車師傅進(jìn)行安全技術(shù)交底；按時(shí)作受限空間分析；空壓機(jī)、空呼長管、面罩等設(shè)備常規(guī)檢查。

制度管理：嚴(yán)格執(zhí)行《危險(xiǎn)化學(xué)品特殊作業(yè)規(guī)范GB 30871—2022》中的技術(shù)、管理措施。執(zhí)行《受限空間作業(yè)票》、《臨時(shí)用電票》、《動(dòng)火作業(yè)票》、《盲板抽堵作業(yè)票》等安全管理制度，作業(yè)人員、工器具進(jìn)出合成塔執(zhí)行簽字確認(rèn)程序[3-6]。

物的管理：合成塔高、低壓氮?dú)夤芫€上的閥門專人負(fù)責(zé)。定期監(jiān)控低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力大于0.3 MPa、空分1 000 m3液氮儲(chǔ)存量情況，確保卸催化劑過程中合成塔內(nèi)催化劑自始至終處于氮?dú)猸h(huán)境微正壓狀態(tài)，防止與空氣接觸氧化釋放熱量，損壞合成塔內(nèi)件，造成人員傷亡。

催化劑卸出前，鏟車鏟斗提前裝水，轉(zhuǎn)運(yùn)至安全空地，專人定期給催化劑澆水冷卻，防止催化劑氧化局部過熱，發(fā)生火災(zāi)事故。

人的管理：作業(yè)人員在氨合成塔內(nèi)部卸催化劑期間，執(zhí)行雙監(jiān)護(hù)制度，并定期發(fā)內(nèi)部作業(yè)人員圖片、視頻，不定時(shí)測(cè)量催化劑表層溫度，確保作業(yè)人員安全。

應(yīng)急措施：為防范突發(fā)事故，防止人員中毒窒息、催化劑著火損壞合成塔內(nèi)件，現(xiàn)場(chǎng)緊急備有120 救護(hù)車、119 消防車、消防設(shè)施、應(yīng)急工藝專家，防止事故擴(kuò)大。

環(huán)境管理：氨合成塔催化劑裝填及內(nèi)件吊裝作業(yè)，安排在白天作業(yè)，確保安全、高效、文明施工。

管理措施：用高清布控球、移動(dòng)攝像頭等監(jiān)控設(shè)備對(duì)催化劑卸裝作業(yè)過程，執(zhí)行全員、全過程、全方位、全天候管理，出現(xiàn)違章行為及時(shí)制止。

5.2 質(zhì)量控制管理方面

嚴(yán)格管控催化劑粉塵過篩質(zhì)量。篩網(wǎng)尺寸為1mm×1 mm，嚴(yán)格控制作業(yè)人員每桶催化劑過篩速度、篩網(wǎng)表層厚度，確保過篩質(zhì)量。

現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)備用篷布，防止因天氣變化降雨淋濕催化劑，因?yàn)樗赡軙?huì)溶解促進(jìn)劑，導(dǎo)致活性損失，且促進(jìn)劑可能會(huì)對(duì)合成塔材料造成苛性應(yīng)力腐蝕，防止催化劑機(jī)械強(qiáng)度、內(nèi)件損壞。

催化劑裝填過程，對(duì)重要節(jié)點(diǎn)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)制度。如1/2/3 床層管口密封、催化劑裝填高度測(cè)量、各床層催化劑填滿、頂部冷激管坡度等完成情況檢查。

催化劑裝填過程執(zhí)行動(dòng)態(tài)、清單化管理。催化劑裝填過程采用蓬頭式密相裝填技術(shù)，初期一斗一測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，改為三斗一測(cè)量數(shù)據(jù)。當(dāng)堆密度出現(xiàn)偏差時(shí)，按照催化劑供貨方的裝填密度控制值，及時(shí)調(diào)整，要求作業(yè)人員嚴(yán)格控制第1/2/3 床層裝填速度及堆密度，確保催化劑裝填質(zhì)量，第一、二、三床層裝填數(shù)據(jù)如圖4～圖6。

圖4 第1 床層裝填數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖5 第2 床層裝填數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖6 第3 床層裝填數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

催化劑裝填、內(nèi)件安裝完后按照《氨合成塔回路置換、氣密、保壓方案》對(duì)回路系統(tǒng)進(jìn)行置換、氣密、保壓工作。裝置停車期間認(rèn)真記錄催化劑床層溫度、壓力參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

5.3 氨合成塔催化劑裝填數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（見表1）

表1 氨合成塔催化劑裝填數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)語

托普索S-300 型氨合成塔工藝是一種典型的采用內(nèi)部床層間換熱器結(jié)構(gòu)形式，具有熱回收效率高、氨凈值高的工藝流程。從氨合成塔催化劑裝填數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表中可以看出，此次催化劑裝填堆密度平均值滿足供貨方催化劑堆密度控制值要求。托普索S-300 型氨合成工藝內(nèi)件安裝、催化劑的順利裝填安裝將對(duì)后期液氨日產(chǎn)量、合成塔系統(tǒng)壓降、噸氨耗有效氣、噸氨耗蒸汽等控制指標(biāo)有顯著的優(yōu)化。