DN2400氨合成節(jié)能裝置設(shè)計(jì)施工運(yùn)行總結(jié)

許亮明

（河北陽煤正元化工集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050061）

正元公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的DN2400氨合成裝置于2011年10月份一次開車成功，第二臺(tái)DN2400合成塔內(nèi)件用于陽煤集團(tuán)和順化工有限公司18·30項(xiàng)目，目前正在調(diào)試試車。

2008年我公司就在正元化肥150kt／a醇氨綜合節(jié)能技改項(xiàng)目中開始了22.0MPa、DN2400大型氨合成塔的開發(fā)與設(shè)計(jì)，并開發(fā)成功了JR型DN2400氨合成內(nèi)件及配套節(jié)能工藝，于2010年4月份與陽煤集團(tuán)和順化工有限公司簽訂了18·30尿素項(xiàng)目氨合成工藝軟件包合同，由山東省化工設(shè)計(jì)院提供施工圖設(shè)計(jì)。2009年底正元化肥DN2400氨合成裝置正式由河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司開始各專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)，于2010年6月份完成了設(shè)備、工藝、土建、電氣自控等各專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)；2010年7月份土建工程開工，由山西宏廈三建承接土建工程。六臺(tái)多層包扎高壓設(shè)備、四臺(tái)高壓換熱器、四臺(tái)高壓蒸發(fā)式冷卻器、一臺(tái)氨合成塔內(nèi)件等設(shè)備均由正元塔器公司制作；安裝工程由十三化建承接。2011年11月份開始試生產(chǎn)至今，運(yùn)行非常好，各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到了要求?，F(xiàn)就設(shè)計(jì)、施工及開車運(yùn)行等各過程作一總結(jié)。

1 開發(fā)設(shè)計(jì)

我公司在成功設(shè)計(jì)制造幾百臺(tái)JR合成塔內(nèi)件的基礎(chǔ)上，開始了低壓大氨合成塔內(nèi)件的開發(fā)與設(shè)計(jì)工作，方案技術(shù)研發(fā)準(zhǔn)備充分，通過了陽煤化工局組織的專家論證，得到與會(huì)代表的一致好評(píng)。該項(xiàng)目在國家重點(diǎn)項(xiàng)目正元化肥150kt／a醇氨節(jié)能項(xiàng)目上正式實(shí)施。實(shí)踐證明，一進(jìn)一出合成塔內(nèi)件并配套節(jié)能工藝流程是非常成功的，該技術(shù)得到了陽煤集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的高度贊揚(yáng)并準(zhǔn)備進(jìn)一步推廣。本裝置中采用的主要工藝技術(shù)有以下。

（1）采用了提溫型一進(jìn)一出工藝，水冷器進(jìn)口溫度低于60℃，氨合成反應(yīng)熱利用率高達(dá)85%以上，冷卻水負(fù)荷大大減小。

（2）采用雙廢鍋流程逐級(jí)回收余熱。1＃廢熱回收器噸氨副產(chǎn)500～600kg的2.5MPa中壓蒸汽；2＃廢熱回收器噸氨副產(chǎn)500～600kg 0.4MPa的低壓蒸汽，低壓蒸汽部分供溴化鋰制冷機(jī)組制低溫水，多余的蒸汽可間接換熱加熱變換循環(huán)水。

（3）選擇合適的入合成塔氣體溫度。這樣降低合成塔材料要求和制作難度，降低設(shè)備制造費(fèi)用，增加裝置運(yùn)行的可靠性和安全性。

（4）應(yīng)用溴化鋰制冷技術(shù)。將二廢鍋回收的低壓蒸汽轉(zhuǎn)化為低溫水，用于循環(huán)反應(yīng)氣體中氨的冷凝，降低冰機(jī)電耗。

（5）設(shè)置雙冷交，逐級(jí)回收冷量。

（6）氨合成塔采用四段絕熱反應(yīng)，段間以間接換熱為主，氨凈值高；催化劑框?yàn)橐欢屋S向三段徑向，有效降低了合成塔阻力；氨合成塔外筒采用縮口結(jié)構(gòu)，降低外筒造價(jià)，確保大蓋的密封性能。氨合成塔與廢鍋采用直連結(jié)構(gòu)，取消了氨合成塔出口高溫管道，降低了投資，運(yùn)行安全可靠。

（7）由傳統(tǒng)水冷排改為自己開發(fā)的高效蒸發(fā)式冷凝器。

（8）管道設(shè)計(jì)采用浙工大大管徑管件企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，合成塔出口至一廢鍋直連口為PN220、DN450口徑，廢鍋出口等主管徑為DN350。

（9）工藝流程中4根調(diào)溫副線均設(shè)計(jì)了調(diào)節(jié)閥及流量計(jì)，系統(tǒng)近路設(shè)計(jì)了自調(diào)閥，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離程控及定量調(diào)節(jié)。

（10）循環(huán)機(jī)進(jìn)出口閥門PN220、DN250，選用了電動(dòng)渦輪傳動(dòng)閥門。

（11）DCS系統(tǒng)接至中央控制室。

（12）去掉了塔內(nèi)電爐，設(shè)計(jì)了開工加熱爐，燃料氣采用脫碳出口氣。

（13）廢鍋一采用彈簧鞍座。

（14）循環(huán)機(jī)進(jìn)出總管采用PN220、DN350系列，加大緩沖，從設(shè)計(jì)上減小振動(dòng)。

2 工藝流程（圖1）

圖1 工藝流程示意

3 主要設(shè)備選型

3.1 氨合成塔

采用正元塔器開發(fā)的JR型內(nèi)件，裝填A(yù)301、A110催化劑，裝填量42m3，補(bǔ)氣量為86 240m3／h，循環(huán)氣量按340 323m3／h設(shè)計(jì)，進(jìn)塔氣量為420 336m3／h，空速取9 000h－1。選DN2400塔，凈空為22 000mm。催化劑使用壽命按5a設(shè)計(jì)。循環(huán)機(jī)進(jìn)氣量為420 336m3／h，考慮到升溫還原并留有余量，故選用2臺(tái)24m3／min循環(huán)機(jī)，1臺(tái)18m3／min循環(huán)機(jī)，正常生產(chǎn)開二備一。

3.2 設(shè)備一覽表（表1）

4 安裝開車過程

（1）采用高壓管道工廠化預(yù)制，節(jié)省了材料及安裝施工成本，減少了焊道。

（2）高壓大口徑管道的固定采用防振型木鞍支架，緩解循環(huán)機(jī)出口管道振動(dòng)問題。

表1 設(shè)備一覽表

（3）對(duì)于放氨管線的彎頭，采用大曲率半徑彎頭。

（4）合成塔設(shè)計(jì)采用低框架，節(jié)省了土建投資，合成塔安裝采用兩臺(tái)350t吊車吊裝。

（5）設(shè)備檢修及操作平臺(tái)進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)安裝。對(duì)于端部有兩個(gè)進(jìn)口的高壓設(shè)備配管，增加可拆法蘭，以利于檢修。

（6）安裝試壓過程中，將合成塔大蓋鋁墊改成石墨墊，解決不好密封的問題。

（7）設(shè)備、管道安裝施工中，高壓螺栓采用電動(dòng)扳手緊固，受力均勻，保證了順利開車。

（8）2011年9月26日合成塔內(nèi)件吊裝完成；10月4日至10月24日進(jìn)行了系統(tǒng)吹除；10月24日至27日催化劑裝填；10月27日至11月24日循環(huán)機(jī)等運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備試車；11月4日至11月11日開工加熱爐升溫烘爐；11月14日系統(tǒng)氮?dú)錃庵脫Q；11月24日15：00系統(tǒng)充壓，升溫還原；12月5日輕負(fù)荷生產(chǎn)。12月13日全部負(fù)荷加滿，停三套DN1000老系統(tǒng)合成裝置。

（9）開車生產(chǎn)人員及早介入項(xiàng)目安裝，有問題及時(shí)處理，保證項(xiàng)目開車時(shí)間。

（10）充分發(fā)揮監(jiān)理公司的職責(zé)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

（11）嚴(yán)把催化劑升溫還原關(guān)，催化劑吹除要合格。該裝置升溫還原共用203h，還原結(jié)束時(shí)水汽濃度分析要連續(xù)低于0.02g／m3。還原壓力在各個(gè)階段要逐步升高。循環(huán)氫控制＞70%。

5 裝置運(yùn)行情況

合成催化劑升溫還原于2011年11月24日21：59開始，12月3日8：00結(jié)束，升溫還原共計(jì)203h。從還原溫度、壓力、水氣濃度以及初運(yùn)行催化床層溫度分布情況（表2）可以看出，升溫還原徹底，軸向溫差小、氣體分布均勻，氨凈值高，效果良好。

表2 初始運(yùn)行床層溫度 ℃

升溫還原結(jié)束后，并入生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力11～12MPa，新鮮氣流量31 460m3／h，開一臺(tái)24m3／h循環(huán)機(jī)。一段熱點(diǎn)480±3℃；二段熱點(diǎn)475±3℃；三段熱點(diǎn)470±3℃，四段熱點(diǎn)455 ±3℃。運(yùn)行數(shù)據(jù)如表3。

表3 運(yùn)行數(shù)據(jù)（12月6日） ℃

在系統(tǒng)壓力17.2MPa，開一臺(tái)24m3／h和一臺(tái)18m3／h循環(huán)機(jī)的情況下。12月14日催化劑溫度分布如表4。

表4 12月14日催化劑溫度分布 ℃

15日調(diào)整后的數(shù)據(jù)如表5。

表5 調(diào)整后催化床層溫度 ℃

2011年12月13日原三套DN1000合成系統(tǒng)停運(yùn)，負(fù)荷全部加至DN2400合成系統(tǒng)。同投運(yùn)前相比，在開機(jī)數(shù)（30機(jī)）不變的情況下，總氨（氨醇）產(chǎn)量平均達(dá)到662t／d，合成氨產(chǎn)量平均達(dá)到512t／d，同時(shí)噸氨煤耗降低13kg，電耗下降130kW·h?？偘陛^投運(yùn)前增加29t／d，較上年同期增加35t／d；合成氨產(chǎn)量較投運(yùn)前增加39t／d，較上年同期增加82t／d。系統(tǒng)壓力由27MPa降至16MPa；系統(tǒng)壓差由2.5MPa降至0.75MPa，合成塔進(jìn)出口壓差由1.0MPa降至0.2MPa。