甲醇聯(lián)氨裝置氫氮比調(diào)節(jié)問題改進
劉珍 , 年里珂
(河南能源化工集團煤氣化公司 義馬氣化廠 , 河南 義馬472300)
摘要:氫氮比是合成氨生產(chǎn)過程中一個極為重要的控制指標,直接影響到合成氨產(chǎn)量、能耗、原料消耗及生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。根據(jù)合成氨裝置在試車過程中氫氮比調(diào)節(jié)遇到的問題,進行原因分析,并提出相關(guān)的改進措施。
關(guān)鍵詞:氫氮比 ; 調(diào)節(jié) ; 改進
中圖分類號:TQ050.7文獻標識碼:B
收稿日期:2014-09-27
作者簡介:劉珍(1986-),助理工程師,從事化工生產(chǎn)管理工作,電話:13419831125。
義馬氣化廠12萬t/a合成氨裝置采用甲醇弛放氣聯(lián)氨工藝,來自甲醇的弛放氣經(jīng)過膜分離、變壓吸附裝置提出純度99.9%、壓力2.2 MPa的氫氣,再與來自空分的2.2 MPa中壓氮氣混合成新鮮氣,經(jīng)過離心式壓縮機壓縮后送入氨合成系統(tǒng)進行反應(yīng),裝置的工藝流程見圖1。合成氨新鮮氣氫氮比控制采用比率自動調(diào)節(jié),設(shè)定氫氮比,氮氣量隨氫氣量變化通過氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003自動調(diào)節(jié)。在裝置試車過程中,氫氮比大幅度波動,對壓縮機組的運行及催化劑的升溫還原造成了一定的影響,本文將根據(jù)實際生產(chǎn)操作情況介紹合成氨氫氮比調(diào)節(jié)遇到的問題及相關(guān)改進措施。
圖1 裝置的工藝流程
1存在的問題
合成氨原料氫氣、中壓氮氣通過管線直接混合成新鮮氣,無混合緩沖裝置。在合成氨裝置試車過程中,氫氣、氮氣流量呈周期性脈動,新鮮氣氫氮比大幅度波動,氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003在手動和自動狀態(tài)下均無法控制新鮮氣氫氮比穩(wěn)定,導(dǎo)致離心式壓縮機進口新鮮氣組分呈周期性波動。由于離心式壓縮機組受吸入氣體組分變化的影響較大,所以造成壓縮機運行時始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)新鮮氣組分中氫氣含量偏高時,機組運行落入防喘振區(qū)。氣體組分波動頻率高,防喘振閥、回流閥頻繁打開,機組打氣量波動大,導(dǎo)致合成氨系統(tǒng)新鮮氣補入量及組分波動大,嚴重限制了入氨合成塔循環(huán)氣中氫氮比的調(diào)整,對離心式壓縮機組運行、氨合成裝置的升溫還原及正常生產(chǎn)有較大影響。同時,由于整個系統(tǒng)的波動,導(dǎo)致變壓吸附產(chǎn)品氫氣壓力調(diào)節(jié)閥PV619B05頻繁打開放空,變壓吸附產(chǎn)出的氫氣量不能完全消耗,不僅造成了原料的浪費,而且加劇了系統(tǒng)的波動。
2原因分析
中控人員操作離心式壓縮機的經(jīng)驗較少,機組提速與升壓操作未匹配好,導(dǎo)致機組運行頻繁靠近防喘振線,防喘振閥頻繁打開,造成機組負荷波動,合成氨系統(tǒng)新鮮氣補入量波動,循環(huán)氣中氫氮比失調(diào)。另外,氫氣流量由氫氣管線上DN250的截止閥控制,閥門較大,合成氨負荷低,現(xiàn)場人員手動操作閥門時幅度偏大,對氫氣流量影響較大,新鮮氣氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003無法及時跟蹤調(diào)節(jié)。
在實際生產(chǎn)操作中,氫氣、氮氣壓力的上下波動也會導(dǎo)致新鮮氣氫氮比的失調(diào)。氫氣壓力由變壓吸附系統(tǒng)放空閥PV619B05自動控制,氫氣壓力呈周
期性波動(約180 s波動一次);而合成氨用的氮氣由空分中壓氮氣管網(wǎng)提供,如果管網(wǎng)上其他用戶用量變化也會導(dǎo)致氮氣壓力波動。
氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003及氫氣流量手動控制閥調(diào)節(jié)精度差。在實際生產(chǎn)操作中,氫氮比調(diào)節(jié)閥FV630003(調(diào)節(jié)氮氣流量)口徑選擇偏大,開度由2.4%變化為2.5%,氮氣流量就有4 000~5 000 Nm3/h的變化,調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)精度低,控制性能差,而且容易受系統(tǒng)沖擊和振蕩,不能夠準確地調(diào)節(jié)氮氣流量。另外,氫氣流量由氫氣管線上DN250的截止閥手動調(diào)節(jié),也不能及時準確地調(diào)節(jié),并且增加了操作人員的勞動強度。
3氫氮比調(diào)節(jié)的改進措施
新鮮氣氫氮比的波動致使合成氨循環(huán)氣中氫氮比失調(diào),延長了催化劑的還原時間,影響了機組的平穩(wěn)運行,增加了裝置操作的難度。為此做出了相應(yīng)的改進。
根據(jù)變壓吸附產(chǎn)品氫氣壓力波動趨勢,總結(jié)壓力變化規(guī)律,調(diào)整放空閥PV619B05的PID參數(shù),同時,與生產(chǎn)調(diào)度做好溝通協(xié)調(diào),穩(wěn)定氮氣壓力,減小氫氣、氮氣壓力的波動對新鮮氣氫氮比調(diào)節(jié)的影響。
在升溫還原結(jié)束,系統(tǒng)隔離后,合成氨氫氮比調(diào)節(jié)裝置進行了技術(shù)改造。將原設(shè)計DN150的氫氮比調(diào)節(jié)閥組FV630003技改成DN100的調(diào)節(jié)閥組;并將原DN150的氫氮比調(diào)節(jié)閥組FV630003安裝到氫氣管線DN250手動閥前,來保證氨合成壓縮機進口氫氣壓力、流量的穩(wěn)定,見圖2。
圖2 改造后的氫氮比調(diào)節(jié)裝置
加強員工理論知識及實踐操作培訓(xùn),優(yōu)化離心式壓縮機組的操作,嚴格按照“先升速后升壓,升速升壓交替進行”、“先關(guān)低壓缸防喘振閥再關(guān)高壓缸防喘振閥”的原則,防止壓縮機運行進入喘振區(qū)域,控制壓縮機入口新鮮氣的壓力低于氫氣、氮氣壓力,保證氫氣、氮氣始終處于吸入狀態(tài)。
4結(jié)束語
改造后的氫氮比調(diào)節(jié)裝置投入正常生產(chǎn)后,新鮮氣氫氮比調(diào)節(jié)準確穩(wěn)定,能夠根據(jù)生產(chǎn)要求及循環(huán)氣中氫氮比的變化更快、更準地調(diào)整新鮮氣的氫氮比,減小了系統(tǒng)的波動。改造后正常生產(chǎn)的新鮮氣、循環(huán)氣分析指標如表1所示,數(shù)據(jù)為2014年8月份及9月份部分數(shù)據(jù)。
表1 新鮮氣、循環(huán)氣分析指標 %
新鮮氣、循環(huán)氣組分的穩(wěn)定也保證了合成氣壓縮機運行穩(wěn)定,合成氨負荷穩(wěn)定,機組能耗下降,原料消耗減少,噸液氨耗高壓蒸汽由改造前3.4 t降低到改造后1.68 t,噸液氨耗氫氣由改造前2 290 Nm3降低到改造后1 950 Nm3,實現(xiàn)了裝置安全平穩(wěn)節(jié)能生產(chǎn)。另外,改造后,新鮮氣氫氮比調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)自動控制,氫氣流量也可以通過調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié),也大大減輕了工藝操作人員的勞動強度。