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      變換冷凝液汽提系統(tǒng)優(yōu)化改造總結(jié)

      2022-03-24 10:12:56李家棟白成海李加松
      中氮肥 2022年2期
      關(guān)鍵詞:凝氣汽提塔塔頂

      李家棟,曹 珍,白成海,李加松

      (兗礦新疆煤化工有限公司,新疆 烏魯木齊 830000)

      0 引 言

      兗礦新疆煤化工有限公司(簡稱兗新煤化)600 kt/a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目以煤為原料,采用華東理工大學(xué)+兗礦集團(tuán)自主開發(fā)的多噴嘴水煤漿加壓氣化工藝制備合格的水煤氣[水煤氣壓力6.20 MPa、溫度240℃、水氣(干基)比約1.40、CO含量約45.33%(干基)],水煤氣經(jīng)除塵增濕后送至變換(有氨變換和甲醇變換兩條工藝線)、低溫甲醇洗及液氮洗等工序進(jìn)行凈化處理,凈化氣進(jìn)入合成工段合成醇氨。生產(chǎn)過程中,水煤氣在變換界區(qū)經(jīng)變換反應(yīng)和廢鍋回收熱量后,會在氣液分離罐中產(chǎn)生氨氮含量較高的變換冷凝液(溫度40℃),在氨變換和甲醇變換的2臺洗氨塔中(T2001/T2002)洗氨,洗氨塔塔底出來的冷凝液經(jīng)汽提塔塔頂換熱器(E2017)預(yù)熱后進(jìn)入“一體式”冷凝液汽提塔(T2003)上部,經(jīng)自塔底部進(jìn)入的0.4 MPa飽和蒸汽汽提后,塔頂汽提氣進(jìn)入塔頂換熱器冷卻,冷卻后得到的含氨不凝氣送至硫回收系統(tǒng)處理,T2003底部的冷凝液經(jīng)冷凝液泵(P2)加壓至1.2 MPa后送氣化磨煤單元作為補(bǔ)水。

      兗新煤化600 kt/a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目自2012年9月建成投運(yùn)以來,其變換冷凝液汽提系統(tǒng)存在一些問題,尤其是汽提塔塔頂換熱器易出現(xiàn)腐蝕泄漏的問題,即使后來進(jìn)行了材質(zhì)升級,塔頂換熱器的使用壽命也只有0.5~1 a,最終因頻繁泄漏而無法繼續(xù)使用;后通過對變換冷凝液汽提系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造,T2003塔頂換熱器使用壽命得到延長,系統(tǒng)存在的問題得以消除,保障了裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。以下對有關(guān)情況作一介紹。

      1 變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行問題

      自2012年投運(yùn)以來,變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在汽提塔塔頂換熱器腐蝕穿孔、汽提塔系統(tǒng)管線銨鹽結(jié)晶、汽提塔塔底腐蝕物堆積堵塞影響釜液排放、少部分含氨不凝氣不得不現(xiàn)場放空等問題,造成變換冷凝液汽提系統(tǒng)不能正常運(yùn)行,給安全生產(chǎn)和環(huán)保工作造成較大壓力。其中,塔頂換熱器腐蝕泄漏問題尤為突出,塔頂換熱器一般運(yùn)行6個(gè)月左右就會出現(xiàn)泄漏,最長運(yùn)行周期不超過12個(gè)月,通常2~3個(gè)月就要清理1次回流泵入口腐蝕脫落物,汽提塔系統(tǒng)管線和閥門1個(gè)月左右就要進(jìn)行1次帶壓堵漏,頻繁檢修造成變換冷凝液汽提系統(tǒng)在線運(yùn)行率低、不凝氣現(xiàn)場放空、冷凝液汽提效果不好,繼而導(dǎo)致氣化外排廢水氨氮超標(biāo),并對硫回收系統(tǒng)焚燒爐運(yùn)行造成不利影響,現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境差且安全環(huán)保工作很被動(dòng);2012—2018年,因汽提塔塔頂換熱器腐蝕泄漏而無法運(yùn)行,期間更換過3臺塔頂換熱器,換熱器材質(zhì)也一步步由304不銹鋼升級到316L不銹鋼再升級到雙相不銹鋼,但塔頂換熱器使用壽命始終只有0.5~1 a。

      2 塔頂換熱器腐蝕泄漏的原因分析

      (1)變換冷凝液中含有酸性物質(zhì)。塔頂換熱器主要流通介質(zhì)為變換冷凝液和汽提氣,變換冷凝液全部由水煤氣冷凝而來,煤中某些微量物質(zhì)的存在使得冷凝液中夾帶著NH3、Cl-、H2S等腐蝕性成分,其中,NH3可能與Cl-反應(yīng)生成NH4Cl附著在設(shè)備表面形成垢下電化學(xué)腐蝕。觀察拆卸下來的汽提塔塔頂換熱器,其腐蝕點(diǎn)表觀為深淺不一的凹陷,較深的腐蝕坑存在穿孔現(xiàn)象。分析認(rèn)為這與汽提塔塔頂冷凝液和汽提氣中的酸性物質(zhì)含量有關(guān),變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷越高、酸性物質(zhì)含量越高,汽提塔塔頂換熱器腐蝕越嚴(yán)重。

      (2)Cl-對不銹鋼的點(diǎn)蝕。Cl-有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力,會優(yōu)先被金屬吸附,溶解掉金屬表面的鈍化膜而在金屬表面形成氯化物,氯化物與金屬表面的吸附極不穩(wěn)定而形成可溶性物質(zhì),加劇腐蝕的發(fā)生,特別是奧氏體不銹鋼,Cl-對其的腐蝕破壞尤為嚴(yán)重,因?yàn)镃l-能在奧氏體晶間與不銹鋼中的鉻生成鉻化物,在奧氏體晶間造成貧鉻區(qū),使不銹鋼在奧氏體晶間率先發(fā)生點(diǎn)蝕,繼續(xù)發(fā)展而對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕破壞,這就是晶間腐蝕,因此有Cl-的場合不能使用奧氏體不銹鋼材料。

      (3)工藝調(diào)控失衡。系統(tǒng)開停車初期,若蒸汽管網(wǎng)壓力及變換冷凝液量不匹配、調(diào)節(jié)跟蹤不及時(shí),汽提塔內(nèi)液膜被破壞,會造成汽提塔內(nèi)局部過熱,當(dāng)汽提塔頂部長時(shí)間超溫或超溫嚴(yán)重時(shí),塔頂換熱器腐蝕就會加??;此外,當(dāng)汽提塔塔頂換熱器出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí),汽提氣切至現(xiàn)場放空,會導(dǎo)致整個(gè)汽提系統(tǒng)工藝調(diào)控失衡,塔頂換熱器腐蝕也會加劇。

      (4)沖刷腐蝕。由于生產(chǎn)系統(tǒng)的擴(kuò)能改造,600 kt/a醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置產(chǎn)生的變換冷凝液量增多,變換冷凝液汽提系統(tǒng)物料流速加快、酸性物質(zhì)增多,加大了對塔頂換熱器的沖刷腐蝕。

      3 變換冷凝液汽提系統(tǒng)改造的必要性

      (1)塔頂換熱器腐蝕問題。2012—2018年期間,雖然更換過3臺塔頂換熱器,塔頂換熱器材質(zhì)也在不斷升級,但塔頂換熱器在線使用壽命最長也僅約1 a,而塔頂換熱器一旦腐蝕泄漏,會造成不凝氣夾帶大量的液態(tài)水進(jìn)入硫回收焚燒爐而澆滅火焰,導(dǎo)致硫回收系統(tǒng)聯(lián)鎖停車,給系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、環(huán)保運(yùn)行帶來極大壓力。

      (2)氣化外排廢水氨氮含量超標(biāo)問題。原始設(shè)計(jì)汽提塔入塔冷凝液氨氮含量2 100 mg/L,出塔冷凝液氨氮含量控制在150 mg/L,但實(shí)際生產(chǎn)中入塔冷凝液氨氮含量一般在3 500~4 500 mg/L,汽提塔的負(fù)荷明顯增大,經(jīng)汽提后出塔液氨氮含量仍高達(dá)800~1 000 mg/L,出塔液返回氣化磨煤單元作為制漿補(bǔ)水而造成氣化外排廢水氨氮含量超標(biāo)。

      (3)環(huán)保指標(biāo)控制問題。為保證汽提塔出液氨氮指標(biāo)合格,在不對塔體進(jìn)行改造的情況下,生產(chǎn)中只能增大汽提塔的蒸汽用量,但這樣的操作會帶來塔頂不凝氣溫度高、汽提氣帶水等問題,硫回收系統(tǒng)無法全部接收汽提塔塔頂含氨不凝氣,始終有一部分含氨不凝氣不得不在現(xiàn)場放空,影響現(xiàn)場及周邊環(huán)境。

      為解決上述問題,兗新煤化經(jīng)調(diào)查、論證后認(rèn)為,必須對變換冷凝液汽提系統(tǒng)進(jìn)行改造。

      現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有著強(qiáng)大的開放性、流動(dòng)性和共享性,因此發(fā)展速度非???。如果現(xiàn)代科技在教育領(lǐng)域得到應(yīng)用,就可以支持高校教育資源共享。

      4 優(yōu)化改造方案與系統(tǒng)流程及運(yùn)行注意事項(xiàng)

      4.1 變換冷凝液汽提系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

      (1)在原汽提塔塔頂換熱器的N1、N2冷流體進(jìn)出口加盲板,停止使用汽提塔塔頂換熱器,不再使用自回流的方式;同時(shí),在汽提塔頂部氣相出口新增1臺臥式換熱器(E1),入塔冷凝液與塔頂高溫汽提氣在新增的臥式換熱器中進(jìn)行熱交換,冷凝后的含氨凝液收集至新增的分離罐(V1)中,以有效防止原汽提塔塔頂換熱器腐蝕泄漏造成的汽提氣帶水。

      (2)為消除汽提塔系統(tǒng)管線銨鹽結(jié)晶,在新增臥式換熱器(E1)與汽提塔之間設(shè)置旁路,用于調(diào)節(jié)出E1的工藝介質(zhì)的溫度,即通過控制入E1的冷凝液量將汽提塔塔頂氣相溫度由原75℃提高至約90℃,以避免汽提塔系統(tǒng)管線的銨鹽結(jié)晶。

      (3)對于汽提塔塔底腐蝕物堆積堵塞影響釜液排放的問題,兗新煤化利用系統(tǒng)大修機(jī)會將原始設(shè)計(jì)的塔底液排口從汽提塔底部向上提高50 mm,留出足夠的空間用于截留沉積物,以免塔底腐蝕沉積物堆積影響釜液排放和腐蝕沉積物進(jìn)入冷凝液管線。

      (4)原始設(shè)計(jì)中,塔頂汽提氣只有一路去硫回收系統(tǒng)焚燒處理,為解決硫回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)汽提氣只能在現(xiàn)場放空的問題,塔頂汽提氣增設(shè)一路去熱電鍋爐焚燒的管線。

      4.2 改造后變換冷凝液汽提系統(tǒng)流程

      改造后變換冷凝液汽提系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖1。

      圖1 改造后汽提系統(tǒng)工藝流程簡圖

      變換冷凝液進(jìn)入新增臥式換熱器(E1),經(jīng)初步加熱后進(jìn)入冷凝液汽提塔上部的填料層與低壓蒸汽逆向接觸,液相流入塔底,出塔后經(jīng)冷凝液泵(P1)加壓送至氣化閃蒸系統(tǒng);汽提塔內(nèi)汽提氣從塔頂出來后進(jìn)入E1降溫冷卻,經(jīng)E1換熱冷凝后的高氨氮冷凝液自流進(jìn)入新增的分離罐(V1)中,經(jīng)泵(P2)加壓后,大部分作為汽提塔回流液,少部分送至氣化磨煤單元作為制漿補(bǔ)水;V1頂部設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥(PV2014),不凝氣經(jīng)PV2014送至硫回收焚燒爐和熱電鍋爐,事故狀態(tài)下不凝氣可通過現(xiàn)場放空管線進(jìn)行高點(diǎn)放空。為控制汽提塔塔頂氣相的溫度,防止氣相溫度太低而致汽提系統(tǒng)管線銨鹽結(jié)晶,通過溫度控制調(diào)節(jié)閥(TV2041)調(diào)控進(jìn)入E1的變換冷凝液量。

      4.3 改造后系統(tǒng)運(yùn)行注意事項(xiàng)

      (1)變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行過程中,注意監(jiān)控新增分離罐(V1)的液位,防止其液位過高,以免造成汽提氣帶水,進(jìn)而導(dǎo)致硫回收焚燒爐和熱電鍋爐爐膛進(jìn)水。

      (2)變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行過程中,注意控制新增臥式換熱器(E1)出口氣溫度在90~93℃。E1出口氣溫度過低不僅會造成汽提塔系統(tǒng)管線銨鹽結(jié)晶,而且會導(dǎo)致送至氣化磨煤單元和閃蒸系統(tǒng)的冷凝液氨氮含量偏高;而E1出口氣溫度過高,會致汽提氣中飽和水蒸氣較多,影響硫回收焚燒爐和熱電鍋爐的運(yùn)行。

      5 結(jié)束語

      兗新煤化600 kt/a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目變換冷凝液汽提系統(tǒng)2020年4月完成改造后,截至2021年9月,變換冷凝液汽提系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,未發(fā)現(xiàn)臥式換熱器(E1)有腐蝕跡象,變換冷凝液汽提系統(tǒng)換熱設(shè)備運(yùn)行周期有效延長,杜絕了技改前塔頂換熱器的頻繁腐蝕泄漏及檢修更換,有效降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本;汽提塔塔底液出口管線改造后,冷凝液泵(P1)運(yùn)行穩(wěn)定,因塔底過濾器堵塞而致的出口流量、壓力波動(dòng)現(xiàn)象大幅減少,有效削減了維修成本;系統(tǒng)產(chǎn)生的高氨氮廢水全部得以回收利用,減少了一次水的使用,有效降低了污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行壓力,因后系統(tǒng)檢修等造成的就地放空情況也得到徹底消除,汽提氣全部得到回收,杜絕了有毒有害氣體的排放,現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的改善保障了員工的身心健康??傊儞Q冷凝液汽提系統(tǒng)改造后,系統(tǒng)存在的部分不足與缺陷得以消除,設(shè)備的使用壽命有效延長,保障了系統(tǒng)的安全、環(huán)保、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行,具有明顯的環(huán)境效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益;但目前我們對變換冷凝液汽提系統(tǒng)的腐蝕原理還沒有徹底了解和掌握,后期會與設(shè)計(jì)院、科研院校加強(qiáng)溝通交流,徹底摸清腐蝕原因,不斷優(yōu)化變換冷凝液汽提系統(tǒng)的運(yùn)行,助力整個(gè)600 kt/a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行。

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