Φ 2 500 mm氨合成系統運行總結

李裕超 王雪妮 胡超

(山東晉煤明水化工集團有限公司山東章丘250200)

Φ 2 500 mm氨合成系統運行總結

李裕超 王雪妮 胡超

(山東晉煤明水化工集團有限公司山東章丘250200)

0 前言

根據政府提出的“退城進園”戰略部署，同時結合市場行情，山東晉煤明水化工集團有限公司于2013年9月關停了城區內的老廠，同步實施了400 kt/a尿素(新型)等量搬遷技改項目，本著“節能環保、增產降耗”的原則，同時結合新廠區現有裝置配置，在甲醇裝置的基礎上進行醇聯氨改造，配套合成氨裝置1套。經多方考察和論證，決定選用南京國昌化工科技有限公司的氨合成設備和“非等壓醇烷化凈化”新工藝，合成系統采用GC-R123YZB型Φ 2 500 mm氨合成塔內件。該裝置于2013年6月開工，2014年10月投產，從原始開車至現在的生產運行情況看，具有生產能力大、系統阻力小、運行平穩等優點。

1 工藝流程

1.1 塔內流程

大部分氣體由零米層經過第1段(軸向段)催化劑層反應，反應后的氣體進入外分布器，與調節閥后的氣體(F1)混合降溫后經過分布器外圍小孔進入內筒體環隙，再經魚鱗筒分布器，徑向進第2段(徑向段)催化劑層反應;反應后的氣體經上部換熱器外筒體氣孔導入換熱器上部管間，沿折流板向下與管內氣體(F2)換熱降溫，然后進入二段和三段之間的氣室，沿周圍氣孔進入內筒體環隙，經魚鱗筒分布器徑向進第3段(徑向段)催化劑層反應;反應后的氣體經中間換熱器外筒體氣孔導入換熱器上部管間，沿折流板向下與管內氣體(F3)換熱降溫，再進入三段和四段間氣室，沿周圍氣孔進入內筒體環隙，經魚鱗筒分布器徑向進第4段(徑向段)催化劑層反應;反應后的氣體通過中心管套筒上的氣孔進入套筒后向下進入下部換熱器封頭內，經管內與管外氣體(主進氣)換熱降溫后，由下封頭出氨合成塔，直接進入廢熱鍋爐。

1.2 系統工藝流程

來自合成循環機的合成氣經循環氣油分離器后分為2路，一路進氨合成塔外筒與內件之間環隙冷卻塔壁，出來后進入塔前換熱器的殼程中部，與另一路進入塔前換熱器殼程的氣體混合，經換熱至215～225℃進入氨合成塔內反應。氨合成塔出口350～380℃的氣體進入廢熱鍋爐換熱，副產約3.8 MPa中壓飽和蒸汽，溫度降至250～260℃，然后進入熱交換器管內與入塔的氣體換熱，溫度降至＜80℃進入水冷排;經水冷排冷卻降溫至約37℃后進入溴化鋰冷卻器，通過涼軟水降低氣體溫度后，進入冷交換器的管程進一步降低溫度;反應氣中的氨大部分在水冷器和冷交換器中被冷凝，冷凝的液氨在冷交換器下部分離段被一次分離，分離下來的液氨送液氨球罐;分離液氨后的氣體送一級、二級氨冷凝器的管程進一步冷卻，氣相中的氨被進一步冷凝;冷卻至約－10℃的氣液混合氣與甲烷化系統送來的新鮮氣匯合，混合氣中的液氨洗滌補充氣中含有微量(CO+CO2)和飽和水，再進入氨分離器進行二次分氨;分離下來的液氨送液氨球罐，分氨后的氣體送冷交換器的上部換熱器的殼程回收冷量，溫度升至約32℃進合成循環機，進入下一個工作循環。

2 主要設備

主要設備參數見表1。

3 運行情況

合成系統設計壓力22.0 MPa，開車后系統實際運行壓力17.5 MPa左右，系統壓差1.1 MPa左右，氨合成塔壓差0.5 MPa左右，系統運行穩定。前工段5臺6M50-8/49-220型高壓機供氣，同時32 MPa氨合成系統通過氫氮壓縮機七段出口氣管線串至Φ 2 500 mm合成系統提供部分新鮮氣量，保證系統達到設計負荷運行。根據高壓機氣量及氫氮壓縮機七段出口補充新鮮氣量估算，合成新鮮氣量＞100 000 m3/h(標態)，產氨接近900 t/d，達到設計值，根據目前壓力及壓差情況看，系統仍有增產余地。氨合成塔主要熱點溫度見表2，主要運行指標見表3。

表1 主要設備參數

表2 氨合成塔主要熱點溫度℃

表3 主要運行指標

4 工藝裝置特點及存在問題

4.1 合成系統結構特點

氨合成塔內件技術先進，催化劑層采用一軸三徑型式，軸向段采用新型氣體混合分布技術，氨合成塔操作彈性大，徑向二次分布氣體分布均勻，同平面溫差小;采用冷激加段間冷卻調溫形式，操作容易，氨凈值高;軸徑向結合，以徑向為主，塔阻力明顯降低，氨合成塔阻力(含直連廢熱鍋爐)在滿負荷狀態下在0.5 MPa左右，系統運行經濟性能顯著;采用直連廢熱鍋爐技術，高溫氣體不易泄漏，余熱回收量大，副產蒸汽品質高;合成系統氨分離器、油分離器均采用微濾技術，經過旋流分離、不銹鋼絲網、微濾濾芯三重過濾，分離精度能達到1 μm，大幅提高氣體的分離效率。

4.2 系統存在問題

(1)系統泄漏。系統開車后，循環氣油分離器及熱交換器大蓋密封面出現泄漏，雖然經過緊固處理后情況有所好轉，但未徹底解決，影響著系統運行安全。計劃待32 MPa氨合成系統更換催化劑開車運行正常后，新合成系統全停處理，更換泄漏的墊圈，徹底消除安全隱患。

(2)氨合成塔入塔氣中氨體積分數偏高。雖然分析有一定偏差，但從目前氨冷器溫度及系統壓力數據進行估算，實際入塔氣中氨體積分數＞3%;而根據設計要求，氨冷器溫度應控制在－15℃左右，在系統壓力(18 MPa)下入塔氣中氨體積分數才能降至＜3%。由于崗位操作人員考慮冰機負荷及習慣性操作原因(老合成系統氨冷器溫度一般控制在－5℃左右)，目前氨冷器溫度控制在－5℃左右，但綜合考慮冰機電耗影響及合成氨分離效率，實際運行并不經濟，待系統檢修結束重新開車后需對指標進一步調整，進一步提高裝置運行經濟性。

(3)管道振動。隨著系統逐步負荷加大、氣體流速增加，特別是循環機進、出口總管受循環機壓縮脈沖影響，致使管道振動加劇，且開車一段時間后，部分固定管架出現松動，雖然崗位人員及時進行了整改、加固，仍然未能消除。下一步準備在振動嚴重部位加強固定和防護，崗位人員加強針對性巡檢，逐漸減輕和消除此類振動，保證生產安全、正常運行。

總之，南京國昌化工科技有限公司的GCR123YZB型Φ 2 500 mm氨合成系統通過生產實踐表現出很多優點，低壓合成系統運行的經濟性逐漸顯現。同時，生產中出現的問題隨著生產管理與生產技術的提高也逐步得到改善。

2015-07-10)