DN2400氨合成節能裝置設計施工運行總結

許亮明

（河北陽煤正元化工集團有限公司，河北石家莊 050061）

正元公司自主研發設計的DN2400氨合成裝置于2011年10月份一次開車成功，第二臺DN2400合成塔內件用于陽煤集團和順化工有限公司18·30項目，目前正在調試試車。

2008年我公司就在正元化肥150kt／a醇氨綜合節能技改項目中開始了22.0MPa、DN2400大型氨合成塔的開發與設計，并開發成功了JR型DN2400氨合成內件及配套節能工藝，于2010年4月份與陽煤集團和順化工有限公司簽訂了18·30尿素項目氨合成工藝軟件包合同，由山東省化工設計院提供施工圖設計。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計有限公司開始各專業施工圖設計，于2010年6月份完成了設備、工藝、土建、電氣自控等各專業施工圖設計；2010年7月份土建工程開工，由山西宏廈三建承接土建工程。六臺多層包扎高壓設備、四臺高壓換熱器、四臺高壓蒸發式冷卻器、一臺氨合成塔內件等設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月份開始試生產至今，運行非常好，各項指標完全達到了要求。現就設計、施工及開車運行等各過程作一總結。

1 開發設計

我公司在成功設計制造幾百臺JR合成塔內件的基礎上，開始了低壓大氨合成塔內件的開發與設計工作，方案技術研發準備充分，通過了陽煤化工局組織的專家論證，得到與會代表的一致好評。該項目在國家重點項目正元化肥150kt／a醇氨節能項目上正式實施。實踐證明，一進一出合成塔內件并配套節能工藝流程是非常成功的，該技術得到了陽煤集團領導的高度贊揚并準備進一步推廣。本裝置中采用的主要工藝技術有以下。

（1）采用了提溫型一進一出工藝，水冷器進口溫度低于60℃，氨合成反應熱利用率高達85%以上，冷卻水負荷大大減小。

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

（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，降低設備制造費用，增加裝置運行的可靠性和安全性。

（4）應用溴化鋰制冷技術。將二廢鍋回收的低壓蒸汽轉化為低溫水，用于循環反應氣體中氨的冷凝，降低冰機電耗。

（5）設置雙冷交，逐級回收冷量。

（6）氨合成塔采用四段絕熱反應，段間以間接換熱為主，氨凈值高；催化劑框為一段軸向三段徑向，有效降低了合成塔阻力；氨合成塔外筒采用縮口結構，降低外筒造價，確保大蓋的密封性能。氨合成塔與廢鍋采用直連結構，取消了氨合成塔出口高溫管道，降低了投資，運行安全可靠。

（7）由傳統水冷排改為自己開發的高效蒸發式冷凝器。

（8）管道設計采用浙工大大管徑管件企業標準，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根調溫副線均設計了調節閥及流量計，系統近路設計了自調閥，便于實現遠距離程控及定量調節。

（10）循環機進出口閥門PN220、DN250，選用了電動渦輪傳動閥門。

（11）DCS系統接至中央控制室。

（12）去掉了塔內電爐，設計了開工加熱爐，燃料氣采用脫碳出口氣。

（13）廢鍋一采用彈簧鞍座。

（14）循環機進出總管采用PN220、DN350系列，加大緩沖，從設計上減小振動。

2 工藝流程（圖1）

圖1 工藝流程示意

3 主要設備選型

3.1 氨合成塔

采用正元塔器開發的JR型內件，裝填A301、A110催化劑，裝填量42m3，補氣量為86 240m3／h，循環氣量按340 323m3／h設計，進塔氣量為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設計。循環機進氣量為420 336m3／h，考慮到升溫還原并留有余量，故選用2臺24m3／min循環機，1臺18m3／min循環機，正常生產開二備一。

3.2 設備一覽表（表1）

4 安裝開車過程

（1）采用高壓管道工廠化預制，節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，緩解循環機出口管道振動問題。

表1 設備一覽表

（3）對于放氨管線的彎頭，采用大曲率半徑彎頭。

（4）合成塔設計采用低框架，節省了土建投資，合成塔安裝采用兩臺350t吊車吊裝。

（5）設備檢修及操作平臺進行人性化設計安裝。對于端部有兩個進口的高壓設備配管，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）設備、管道安裝施工中，高壓螺栓采用電動扳手緊固，受力均勻，保證了順利開車。

（8）2011年9月26日合成塔內件吊裝完成；10月4日至10月24日進行了系統吹除；10月24日至27日催化劑裝填；10月27日至11月24日循環機等運轉設備試車；11月4日至11月11日開工加熱爐升溫烘爐；11月14日系統氮氫氣置換；11月24日15：00系統充壓，升溫還原；12月5日輕負荷生產。12月13日全部負荷加滿，停三套DN1000老系統合成裝置。

（9）開車生產人員及早介入項目安裝，有問題及時處理，保證項目開車時間。

（10）充分發揮監理公司的職責，嚴把質量關。

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

5 裝置運行情況

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結束，升溫還原共計203h。從還原溫度、壓力、水氣濃度以及初運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 初始運行床層溫度 ℃

升溫還原結束后，并入生產系統，系統壓力11～12MPa，新鮮氣流量31 460m3／h，開一臺24m3／h循環機。一段熱點480±3℃；二段熱點475±3℃；三段熱點470±3℃，四段熱點455 ±3℃。運行數據如表3。

表3 運行數據（12月6日） ℃

在系統壓力17.2MPa，開一臺24m3／h和一臺18m3／h循環機的情況下。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日調整后的數據如表5。

表5 調整后催化床層溫度 ℃

2011年12月13日原三套DN1000合成系統停運，負荷全部加至DN2400合成系統。同投運前相比，在開機數（30機）不變的情況下，總氨（氨醇）產量平均達到662t／d，合成氨產量平均達到512t／d，同時噸氨煤耗降低13kg，電耗下降130kW·h。總氨較投運前增加29t／d，較上年同期增加35t／d；合成氨產量較投運前增加39t／d，較上年同期增加82t／d。系統壓力由27MPa降至16MPa；系統壓差由2.5MPa降至0.75MPa，合成塔進出口壓差由1.0MPa降至0.2MPa。