液氮洗工況波動(dòng)原因及優(yōu)化措施

喬磊友 周春領(lǐng)

摘 要：本文主要介紹了液氨洗的具體流程，對(duì)其波動(dòng)情況進(jìn)行了描述，進(jìn)而分析了波動(dòng)的分析以及采取的措施，以及做好出現(xiàn)冷量富裕造成波動(dòng)調(diào)整措施。

關(guān)鍵詞：液氨洗工況;波動(dòng);原因;措施

1 液氮洗流程簡(jiǎn)述

從低溫甲醇洗來凈化氣出吸附器（V01A/B）后進(jìn)入冷箱，在1#2#原料氣體冷卻器（E05、E06）中與返流的合成氣、燃料氣和循環(huán)氫氣進(jìn)行換熱，使出2#原料氣體冷卻器（E06）后原料氣溫度降低至-180℃進(jìn)入氮洗塔（T01）的下部。

在T01中，上升的原料氣與塔頂下來的液氮成逆流接觸，并進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。CO、CH4、Ar等雜質(zhì)從氣相冷凝并溶解于液氮中，而塔頂?shù)玫胶铣蓺?。合成氣出E06后，將中壓氮?dú)馀淙氲降礆庵?，使氫氮比達(dá)到3：1（體積比）。在E05內(nèi)，合成氣與凈化氣、中壓氮等物流換熱，出E05后分為兩股，一股進(jìn)入高壓氮?dú)饫鋮s器（E04），與燃料氣、循環(huán)氫氣一起冷卻中壓氮?dú)猓鯡04后被復(fù)熱至常溫;另一股送低溫甲醇洗工序交回由凈化氣體自低溫甲醇洗工序帶來的冷量，返回后與E04出口的粗合成氣匯合，再經(jīng)精配氮調(diào)節(jié)，最后將氫氮比為3：1的合成氣送入氨合成工序。

從T01塔底排出的餾份，經(jīng)LV01減壓后進(jìn)入氫氣分離器（V02）中進(jìn)行氣液分離。由氫氣分離器（V02）底部排出的液體即尾液，又經(jīng)TV39進(jìn)一步減壓，然后進(jìn)入E06、E05、E04中進(jìn)行復(fù)熱。出E04后，通過尾氣壓縮機(jī)加壓后送往變換，回收一氧化碳、氫氣、氮?dú)獾葰怏w。

液氮洗流程簡(jiǎn)圖：

2 液氮洗工況波動(dòng)描述

結(jié)合其他單位情況，一般液氮洗工況波動(dòng)主要集中在原始開車、系統(tǒng)加減負(fù)荷、氣化更換煤種等情況，主要表現(xiàn)為E05/06之間溫度（設(shè)計(jì)溫度-120℃）突降，TI39（進(jìn)氮洗塔原料氣溫度）升高、TI24（進(jìn)氮洗塔中壓氮?dú)鉁囟龋┙档停此翰钌?。如調(diào)節(jié)不及時(shí)，也可能引起微量超標(biāo)。E05/06之間溫度過低，易引起板翅式換熱器端差嚴(yán)重超標(biāo)，板翅換熱器損壞。

2.1 正常生產(chǎn)時(shí)工況

正常生產(chǎn)時(shí)TI39為-187℃，TI24為-185℃左右，原料氣溫度比中壓氮?dú)獾?℃。通過調(diào)整尾液TV39閥能調(diào)整TI39、TI24，且TI39、TI24表現(xiàn)為同升同降，整體工況穩(wěn)定。

2.2 停尾氣壓縮機(jī)工況變化

尾氣壓縮機(jī)停機(jī)之后TI24降低，TI39上漲，此兩點(diǎn)溫度逐漸接近并最終形成原料氣溫度高于中壓氮?dú)鉁囟鹊那闆r。且通過開大尾液TV39閥TI39測(cè)點(diǎn)不降反而升高，但TI24卻能隨著TV39開大而降低;關(guān)小TV39閥后，TI39、TI24均表現(xiàn)出升高，整體工況較不穩(wěn)定。表現(xiàn)為氮洗塔壓差急劇上漲，超過壓差工藝上限（指標(biāo)25kPa），若不及時(shí)進(jìn)行調(diào)整會(huì)造成氮洗塔液位空，合成氣出氮洗塔帶液。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，經(jīng)常容易出現(xiàn)E06/E05間溫度突降的情況，如局部溫差過大，將引起板翅式換熱器端差過大，造成換熱器損壞。

為避免工況惡化，往往采取液氮洗減負(fù)荷操作，造成系統(tǒng)波動(dòng)，浪費(fèi)氣體，影響產(chǎn)量。

3 波動(dòng)原因分析及措施

3.1 開停尾氣壓縮機(jī)變化量分析

對(duì)比尾氣壓縮機(jī)開停造成液氮洗工況變化，主要表現(xiàn)在原料氣氣量、氣體成分的變化上。

根據(jù)氣體成分及各氣體臨界點(diǎn)，分析得知冷箱熱量變化如下：

氫氣由于不液化，停尾氣壓縮機(jī)因氣量減少引起熱量減少;

CH4、N2、CO降溫冷凝，由氣相變成液相，在從原料氣變成合成氣及尾液過程中，對(duì)系統(tǒng)表現(xiàn)為熱量。停壓縮機(jī)之后CH4、N2、CO含量變少，引起系統(tǒng)中冷凝熱減少，進(jìn)而進(jìn)入系統(tǒng)中熱量減少。

由于停尾氣壓縮機(jī)之后進(jìn)入冷箱熱量減少，如其他操作沒有進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，必定造成冷量富裕，液氮洗系統(tǒng)熱量平衡被打破，造成冷箱內(nèi)溫度發(fā)生變化。

3.2 冷箱內(nèi)傳熱分析

進(jìn)出液氮洗冷箱的氣體在E04、E05中沒有相態(tài)的變化，氣氣換熱，換熱面積一定，換熱效果比較直接。在E06中有相態(tài)的變化，冷熱量平衡破壞后，溫度劇烈波動(dòng)總是出現(xiàn)在E06換熱器前后。因此液氮洗波動(dòng)E04、E05不是主要原因，主要將E06作為分析對(duì)象。

3.2.1 原料氣冷卻器E06換熱分析

①中壓氮?dú)庠贓06的狀態(tài)從上至下為氣相到液相的過程，尾氣從下至上的過程為氣液兩相變成氣相;②中壓氮?dú)庖合鄬?dǎo)熱系數(shù)0.1910W/m·K，是氣相0.0258W/m·K的7.4倍，尾氣液相導(dǎo)熱系數(shù)是氣相的12.85倍，液液換熱效率遠(yuǎn)大于液氣換熱。

3.2.2 停運(yùn)壓縮機(jī)前后E06傳熱對(duì)比

①在停尾氣壓縮機(jī)之后，由于原料氣氣量減少，冷凝熱減少，造成進(jìn)入冷箱熱量減少，表現(xiàn)為氮洗塔塔頂塔底溫度同時(shí)降低。此時(shí)如果洗滌氮FV10不做調(diào)整，尾液TV39閥位不做調(diào)整的條件下，相較于原料氣、中壓氮?dú)獗龋惨阂蛄繘]有減少同時(shí)溫度降低，系統(tǒng)整體表現(xiàn)為冷量變多;②在換熱器中各物料換熱面積一定，熱流體側(cè)熱量減少，而尾液冷量不同步減少反而更多時(shí)，勢(shì)必造成尾液的氣化點(diǎn)沿E06換熱器軸向上移;③由于氮洗塔進(jìn)出物料比熱變化不大，最終取決于換熱效果的為換熱系數(shù)。尾液的氣化點(diǎn)上移，造成中壓氮?dú)獾囊夯c(diǎn)也上移，因液相傳熱系數(shù)是液氣傳熱系數(shù)的數(shù)倍，導(dǎo)致隨液相點(diǎn)上移，中壓氮?dú)馕瘴惨豪淞勘壤絹碓酱?，原料氣吸收尾液冷量占比越來越小，表現(xiàn)為TI24下降，而TI39升高，且溫差越來越大。

3.3 停運(yùn)壓縮機(jī)應(yīng)采取措施

根據(jù)以上分析原因，停運(yùn)壓縮機(jī)后應(yīng)一方面根據(jù)壓縮機(jī)氣量減少同步關(guān)小TV39，減少冷量，保證尾氣的氣化點(diǎn)、中壓氮?dú)獾囊夯c(diǎn)不上移;同時(shí)依據(jù)洗滌氮和原料氣的比例減少洗滌氮，減少FV09，減少冷量，最終保證工況穩(wěn)定。2016年12月份停尾氣壓縮機(jī)檢修期間，按照上述措施進(jìn)行調(diào)整，液氮洗工況比較穩(wěn)定，初步實(shí)現(xiàn)尾氣壓縮機(jī)檢修液氮洗工況不波動(dòng)的目標(biāo)。

4 出現(xiàn)冷量富裕造成波動(dòng)調(diào)整措施

出現(xiàn)E05/06中間溫度低于工藝設(shè)計(jì)值甚至更低的情況，需及時(shí)調(diào)整，防止工況持續(xù)惡化。此時(shí)調(diào)整的關(guān)鍵，是首先保持合成氣微量不超標(biāo)，宜緩慢進(jìn)行。首先應(yīng)該查清氣量波動(dòng)原因，逐步將液氮洗氣量恢復(fù)原氣量，同時(shí)逐步降低洗滌氮量，關(guān)小TV39、FV09，通過以上措施逐步使E05/06之間溫度回升，恢復(fù)液氮洗正常工況。不過這個(gè)過程中，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注TI24/39溫度，特別需防止TI24溫升過快、過多，造成氮洗塔液位持續(xù)降低，液氮洗被迫停車或合成氣微量超標(biāo)等事故發(fā)生。

5 結(jié)論

液氮洗作為合成氨工藝氣體凈化的最后崗位，其操作的關(guān)鍵是系統(tǒng)的冷量平衡。通過對(duì)E06傳熱進(jìn)行分析，找出對(duì)系統(tǒng)波動(dòng)的關(guān)鍵原因。初步實(shí)現(xiàn)了液氮洗停尾氣壓縮機(jī)不減量，同時(shí)根據(jù)冷箱冷量平衡的分析，得出液氮洗減少冷量外排的一些措施，對(duì)同類項(xiàng)的廠家減少冷量外排有一定的借鑒意義。

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