甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動(dòng)的原因及解決措施

劉志剛

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

中海石油化學(xué)股份有限公司化肥二部于2003年9月30日建成投產(chǎn)，該項(xiàng)目年產(chǎn)450kt 合成氨、800kt 尿素，是海洋石油總公司實(shí)施開發(fā)天然氣下游產(chǎn)品戰(zhàn)略以來，自主新建的第一套大化肥裝置。甲烷化爐氨冷器是合成氨裝置冷凍系統(tǒng)的一臺(tái)換熱設(shè)備，它的作用是利用甲烷化爐殼程內(nèi)液氨的閃蒸將甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度降至3～5℃，此溫度不宜過高也不宜過低，若此溫度過高，工藝氣中的水將不能在甲烷化爐出口分離器中分離，工藝氣中的水很可能會(huì)穿透分子篩隨工藝氣進(jìn)入-178℃的冷箱，損壞冷箱設(shè)備，若此溫度過低，工藝氣中的水會(huì)在管壁上結(jié)冰，堵塞管道，將對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的安全隱患。

1 問題的發(fā)現(xiàn)

2020年5月16 日甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度開始出現(xiàn)瞬間波動(dòng)，溫度波動(dòng)范圍是3.5～5℃（正常生產(chǎn)時(shí)甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度短時(shí)間內(nèi)波動(dòng)范圍僅有0.2℃），隨著時(shí)間的推移，溫度波動(dòng)的次數(shù)越來越多，這是一種不正?，F(xiàn)象。圖1是甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動(dòng)趨勢(shì)圖。為此，對(duì)導(dǎo)致甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動(dòng)的原因進(jìn)行認(rèn)真的分析，并提出應(yīng)對(duì)措施。

圖1 甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度

2 甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動(dòng)的原因分析

2.1 甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度失真

為確定甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度是否失真，對(duì)甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度變送器及熱電偶進(jìn)行了全面檢查，確認(rèn)甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度變送器及熱電偶工作均正常，因此甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度失真因素可以排除。

2.2 通過甲烷化爐氨冷器管程的工藝氣流量波動(dòng)

通過查找DCS 操作畫面及歷史趨勢(shì)確認(rèn)，前系統(tǒng)負(fù)荷控制在68000kg/h 且運(yùn)行穩(wěn)定，一段爐的水碳比及二段爐的空碳比均未做任何調(diào)整且運(yùn)行穩(wěn)定，高低變及脫碳系統(tǒng)未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，整個(gè)工藝氣系統(tǒng)均無放空，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，由此推斷通過甲烷化爐氨冷器管程的工藝氣流量未發(fā)生波動(dòng)，因此甲烷化爐氨冷器管程工藝氣流量波動(dòng)的因素可以排除。

2.3 冷凍系統(tǒng)帶水

通過查找DCS 操作畫面及歷史趨勢(shì)確認(rèn)，甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動(dòng)的同時(shí)，甲烷化爐氨冷器殼程液氨的液位及殼程的壓力均波動(dòng)較大，氨冷器殼程液位會(huì)出現(xiàn)迅速下降，液位由70%下降至60%（氨冷器液位正常控制在70%），而氨冷器殼程的壓力會(huì)迅速上漲，壓力由0.340MPa 上漲至0.354MPa（氨冷器殼程壓力正?？刂圃?.34MPa），通過給甲烷化爐氨冷器進(jìn)行排污后，上述現(xiàn)象立即消除，由此可推斷出冷凍系統(tǒng)進(jìn)水，因此冷凍系統(tǒng)進(jìn)水是甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動(dòng)的主要因素。

冷凍系統(tǒng)帶水原因如下：冷凍系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)為液氨產(chǎn)品，液氨主要來自三個(gè)方面，分別是氨分離器分離下來的氨經(jīng)過減壓進(jìn)入冷凍系統(tǒng)（合成塔產(chǎn)氨）、氨回收單元蒸氨塔汽提出來的氨進(jìn)入冷凍系統(tǒng)及尿素裝置返回的氨進(jìn)入冷凍系統(tǒng)，對(duì)以上三個(gè)方面分析發(fā)現(xiàn)氨分離器分離下來的氨和尿素裝置返回的氨均沒有問題，只有氨回收單元蒸氨塔存在異常狀況。

通過查找DCS 操作畫面及歷史趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)蒸氨塔液位在37%～98%劇烈波動(dòng)，塔頂壓力在1.805～1.908MPa 波動(dòng)（塔頂壓力正?？刂圃?.84MPa），塔頂溫度在51～89.7℃波動(dòng)（塔頂溫度正常控制在65℃），且蒸氨塔塔底和塔中的溫度均有3℃的波動(dòng)，蒸氨塔再沸器中壓蒸汽流量很穩(wěn)定，并沒有發(fā)生波動(dòng)，綜合以上情況可判斷為進(jìn)氨回收單元的馳放氣中可能攜帶催化劑粉塵、鐵銹等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)附著于蒸氨塔填料表面并在填料表面結(jié)垢，垢層達(dá)到一定程度時(shí)造成蒸氨塔內(nèi)氣液接觸不好，蒸氨塔汽提氨帶水進(jìn)入冷凍系統(tǒng)，帶入冷凍系統(tǒng)的水最終在甲烷化爐氨冷器內(nèi)不斷累積，引起液氨大量揮發(fā)，甲烷化爐氨冷器換熱效果差，造成甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動(dòng)。

3 采取措施

3.1 啟動(dòng)氨升壓機(jī)和冷氨產(chǎn)品泵

本廠氨升壓機(jī)（氨升壓機(jī)為離心式壓縮機(jī)，由功率為630kW 的電機(jī)驅(qū)動(dòng)）和冷氨產(chǎn)品泵在生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行期間均處于備用狀態(tài)，只有在尿素裝置停車、尿素用氨量小于合成產(chǎn)氨量或合成裝置遇到緊急情況時(shí)才會(huì)啟動(dòng)。為了解決冷凍系統(tǒng)帶水問題，啟動(dòng)氨升壓機(jī)和冷氨產(chǎn)品泵，并打開甲烷化爐氨冷器的排污閥對(duì)甲烷化爐氨冷器進(jìn)行連續(xù)排污，通過冷氨產(chǎn)品泵將冷凍系統(tǒng)內(nèi)含水的氨送至氨罐，采取啟動(dòng)氨升壓機(jī)和冷氨產(chǎn)品泵的方法來暫時(shí)解決冷凍系統(tǒng)帶水問題。

3.2 切除氨回收單元，對(duì)蒸氨塔填料進(jìn)行沖洗

為了徹底解決冷凍系統(tǒng)帶水的問題，也為了保證合成裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，決定對(duì)氨回收單元進(jìn)行停車，切除氨回收單元后對(duì)蒸氨塔內(nèi)的填料用115℃的脫鹽水進(jìn)行了三次沖洗排污至清潔，通過對(duì)蒸氨塔填料沖洗確認(rèn)，蒸氨塔內(nèi)填料確實(shí)很臟，且沖洗出的污垢經(jīng)確定大部分是合成塔催化劑粉塵，蒸氨塔填料沖洗合格后，重新投用氨回收單元。

4 效果

通過對(duì)甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動(dòng)的原因進(jìn)行分析，找出了冷凍系統(tǒng)帶水的原因，采取啟動(dòng)氨升壓機(jī)和冷氨產(chǎn)品泵的方法對(duì)甲烷化爐氨冷器進(jìn)行連續(xù)排污，暫時(shí)解決了冷凍系統(tǒng)帶水，通過切除氨回收單元，對(duì)蒸氨塔填料進(jìn)行沖洗并重新投用氨回收單元后，蒸氨塔的液位、塔頂壓力及塔頂溫度均穩(wěn)定運(yùn)行。將氨升壓機(jī)和冷氨產(chǎn)品泵停運(yùn)備用，甲烷化爐氨冷器排污關(guān)閉后，甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度未再出現(xiàn)波動(dòng)，合成氨冷凍系統(tǒng)帶水的原因徹底得到解決。