氣體凈化裝置存在的問題分析及應(yīng)對(duì)措施

劉希盛

（甘肅劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，甘肅永靖 731603）

氣體凈化裝置存在的問題分析及應(yīng)對(duì)措施

劉希盛

（甘肅劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，甘肅永靖 731603）

甘肅劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司20萬(wàn)t/a合成氨氣體凈化裝置，經(jīng)過近四年的運(yùn)行，到2013年4月開始出現(xiàn)低變廢鍋產(chǎn)汽量下降，溶液再生度上升，吸收塔出口氣質(zhì)超標(biāo)等問題，通過原因分析和采取針對(duì)措施，解決了存在的問題，使凈化裝置恢復(fù)了高負(fù)荷生產(chǎn)。

低變廢鍋結(jié)垢；化學(xué)清洗；CO2水冷器泄漏；閃蒸槽除沫網(wǎng)

甘肅劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱劉化）2009年選用俄羅斯TanDem天然氣換熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，新建20萬(wàn)t/a合成氨天然氣轉(zhuǎn)化裝置，配套建設(shè)20萬(wàn)t/a合成氨氣體凈化裝置，對(duì)現(xiàn)有合成氨裝置進(jìn)行技術(shù)改造。2009年4月7日天然氣轉(zhuǎn)化裝置點(diǎn)火升溫開車，4月26日供出合格的凈化氣。4a來系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，到2013年4月開始，凈化裝置出現(xiàn)：低變廢鍋產(chǎn)汽量逐漸下降；半貧液再生度上升；閃蒸槽各段溫差逐漸減小；吸收塔出口氣CO2含量上升等問題。

1 流程說明

天然氣轉(zhuǎn)化工段來的轉(zhuǎn)化氣壓力為2.9MPa（G），溫度為330～360℃，其中含CO 13.3%左右，進(jìn)入高溫變換爐（D0201），在高變觸媒作用下進(jìn)行變換反應(yīng)，高變爐出口氣溫度約430℃，其CO含量降至3.5%以下。然后依次進(jìn)入甲烷化預(yù)熱器（C0201），高變廢鍋（C0203）和高變氣鍋爐給水預(yù)熱器（C0204）回收熱量，溫度降低到約200℃，進(jìn)入裝有銅觸媒的低溫變換爐（D0202）進(jìn)一步發(fā)生變換反應(yīng)，低變爐出口氣溫度約219℃，其CO含量降至0.3%以下，然后送往脫碳工序。

來自低溫變換工序的低變氣壓力為2.73 MPa（G），溫度為219℃，經(jīng)低變氣廢鍋（C0301），CO2再生塔再沸器（C0302），低變氣/脫鹽水換熱器（C0303）回收熱量后，溫度降低到約105℃，然后經(jīng)低變氣水冷器冷卻至81℃，在低變氣分離器（F0301a）中將工藝?yán)淠悍蛛x下來，工藝?yán)淠航?jīng)工藝?yán)淠罕茫↗0304a，b）加壓后去中壓蒸汽汽提裝置。分離工藝?yán)淠汉蟮牡妥儦膺M(jìn)入CO2吸收塔（E0301）底部，吸收塔分為上塔和下塔兩部分，總共安裝有四個(gè)填料床層。低變氣首先在下塔的兩個(gè)填料層中與半貧液逆流接觸，大部分CO2被吸收，然后進(jìn)入上塔與貧液逆流接觸，從塔頂出來的脫碳?xì)庵蠧O2含量降至0.3%以下，壓力2.62MPa（G），溫度70℃，經(jīng)凈化氣分離器（F0301b）送往甲烷化工序。

來自脫碳工序的脫碳?xì)鈮毫?.62MPa（G），溫度為70℃，含CO+CO2＜0.7%，經(jīng)甲烷化進(jìn)出口換熱器（C0202）和甲烷化預(yù)熱器（C0201）預(yù)熱后，進(jìn)入甲烷化爐（D0203），在甲烷化催化劑作用下，發(fā)生甲烷化反應(yīng)，使CO+CO2降至20×10-6以下，經(jīng)甲烷化進(jìn)出口換熱器回收熱量后，入甲烷化水冷器（C0205）冷卻到40℃以下，然后在甲烷化氣分離器（F0201）中將冷凝液分離，合格甲烷化氣送往合成壓縮工序。

CO2吸收塔底部排出的114℃熱鉀堿溶液富液經(jīng)水力透平（J0302bHT）回收能量后，進(jìn)入CO2再生塔（E0302）上部，水力透平回收的動(dòng)力用于提供半貧液泵（J0302b）運(yùn)轉(zhuǎn)所需的部分動(dòng)力。在CO2再生塔上段，經(jīng)閃蒸、蒸汽汽提，富液中溶解的CO2被部分再生出來，形成半貧液。大部分半貧液被抽出，在閃蒸槽（F0302）中減壓閃蒸后，通過半貧液泵（J0302a，b，c）送回到CO2吸收塔下段頂部循環(huán)使用。半貧液閃蒸氣通過蒸汽噴射器與引射蒸汽一道回到CO2再生塔上段的底部，引射蒸汽由低變氣廢鍋（C0301）產(chǎn)生。未被抽出的半貧液在CO2再生塔的下段進(jìn)一步再生，成為貧液，在貧液水冷器（C0306）中冷卻至70℃，經(jīng)貧液泵（J0301a，b）加壓送至CO2吸收塔上段頂部循環(huán)使用。

CO2再生塔頂出來的壓力0.08 MPa（G），溫度99 ℃的再生氣，經(jīng)CO2再生塔頂冷卻器Ⅰ（C0307）及CO2再生塔頂冷卻器Ⅱ（C0305）冷卻到40℃，在CO2分離器（01S0303）中分離冷凝液后作為產(chǎn)品二氧化碳送往尿素車間。

CO2分離器中分離下來的冷凝液經(jīng)CO2再生塔冷凝液泵（J0303a，b）升壓后送低變氣廢鍋使用。

2 問題及原因分析

2.1 出現(xiàn)問題具體情況

凈化裝置從2013年4月份開始出現(xiàn)問題，運(yùn)行至8月份時(shí)，各項(xiàng)工藝參數(shù)已經(jīng)嚴(yán)重偏離正常參數(shù)，3月份與8月份運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

表1 凈化裝置三月份與八月份運(yùn)行數(shù)據(jù)

低變廢鍋產(chǎn)汽量下降較多，為了保證再生熱量的供給，從減溫減壓裝置補(bǔ)充一部分蒸汽與低變廢鍋蒸汽一同進(jìn)再生塔，以維持生產(chǎn)。

2.2 原因分析

從低變廢鍋產(chǎn)汽量逐步下降，低變廢鍋排液管線排放不暢，熱量整體后移，入吸收塔溫度上升較多等情況，判斷低變廢鍋有結(jié)垢的情況。低變廢鍋補(bǔ)水為CO2冷凝液，在正常情況下，CO2冷凝液中并無(wú)結(jié)垢物質(zhì)，但8月21日分析CO2冷凝液中組分，結(jié)果為：二氧化硅725ug/L，硬度1.2mmol/L，pH6.4，氯根20mg/L。從冷凝液分析看，結(jié)垢物質(zhì)存在，判斷CO2冷卻器列管可能泄漏。CO2冷卻器列管泄漏情況下，因循環(huán)水壓為0.25MPa，CO2氣體壓力為0.090MPa，不可避免循環(huán)水會(huì)漏入CO2冷凝液中，造成冷凝液中硬度和二氧化硅的升高。

影響溶液再生度的原因，除再生熱量不足外，與閃蒸槽的運(yùn)行情況也有很大關(guān)系，不同時(shí)間、不同負(fù)荷下閃蒸槽運(yùn)行情況見表2。

表2 凈化裝置閃蒸槽運(yùn)行數(shù)據(jù)

從閃蒸槽各段溫度情況可以看出，2013年8月，閃蒸槽蒸汽噴射器運(yùn)行情況不好，抽射能力下降，閃蒸氣不能充分抽射入再生塔，閃蒸槽各段真空度降低，影響到溶液再生度降低。經(jīng)過分析，認(rèn)為閃蒸槽各段閃蒸氣入噴射器絲網(wǎng)有堵塞現(xiàn)象，造成再生度下降。

3 應(yīng)對(duì)措施

2013年8月14日，利用停車機(jī)會(huì)對(duì)低變廢鍋進(jìn)行了化學(xué)清洗，但因?yàn)閷?duì)低變廢鍋結(jié)垢情況認(rèn)識(shí)不足，清洗中循環(huán)泵流量太小（50m3/h），清洗臨時(shí)管線小，清洗時(shí)間短，清洗后效果不佳。2013年11月中旬，利用天然氣限氣的機(jī)會(huì)，對(duì)凈化裝置進(jìn)行了徹底檢修，消除了存在問題。

3.1 低變廢鍋化學(xué)清洗

對(duì)低變廢鍋內(nèi)垢樣進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果如下：有機(jī)物8.04%，氧化鈣34.18%，氧化鎂7.37%，碳酸鹽30.96%，硅酸鹽0.35%，其它19.1%。根據(jù)垢樣分析和首次清洗經(jīng)驗(yàn)，確定本次清洗選用流量為160m3/h、揚(yáng)程為50m的循環(huán)泵進(jìn)行清洗，清洗保有水量32m3。對(duì)清洗流程進(jìn)行優(yōu)化：將低變廢鍋排污口由DN100mm擴(kuò)為DN150mm，利用蒸汽出口管增加頂部DN300mm清洗循環(huán)管，形成兩路進(jìn)液，一路為DN100mm廢鍋進(jìn)水口，一路為DN150mm排污口；三路出液：兩路DN80mm頂部檢查口，一路DN300mm蒸汽出口。清洗過程中可正反向切換。

2013年11月10日至13日完成了臨時(shí)管線的配管工作，14日進(jìn)入水沖洗消漏，下午14：50開始?jí)A洗，堿洗是因?yàn)橛椭煞址恋K酸洗過程中清洗液與水垢的接觸，所以酸洗前用堿洗去除被清洗金屬表面的油脂和部分硅化物，改善被清洗表面潤(rùn)濕性和松動(dòng)某些致密的垢層，給下一步酸洗創(chuàng)造有利條件。同時(shí)對(duì)于不能用酸洗去掉的硬質(zhì)水垢（如硫酸鹽垢、硅酸鹽等），通過在較高溫度下，與堿液作用發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使老垢疏松或脫落。堿洗過程中控制指標(biāo)見表3。

表3 堿洗過程中控制指標(biāo)

11月15日13：00，連續(xù)兩次測(cè)得堿濃度絕對(duì)差值小于0.2%，堿洗過程結(jié)束，轉(zhuǎn)入水沖洗。11月15日17：30進(jìn)入第一次酸洗階段。因低變廢鍋為不銹鋼材料，本次酸洗采用硝酸清洗。第一次酸洗過程中控制指標(biāo)見表4。

表4 第一次酸洗過程中控制指標(biāo)

11月16日8：00，第一次酸洗結(jié)束，進(jìn)入水沖洗。14：00打開頂部、底部檢查口，對(duì)清洗效果進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)檢查口部位垢層已經(jīng)清洗干凈，內(nèi)部列管仍然有部分水垢。按照擬定的方案，21：30進(jìn)入第二次酸洗，第二次酸洗過程中控制指標(biāo)見表5。

表5 第二次酸洗過程中控制指標(biāo)

11月17日9：00第二次酸洗結(jié)束，進(jìn)行水沖洗。水沖洗結(jié)束后進(jìn)行檢查，第一次檢查中發(fā)現(xiàn)的列管中殘存的垢層，經(jīng)過第二次酸洗大部分已清洗掉，在靠近管板部位，仍有一部分未清洗干凈，從總體情況估計(jì)，污垢除凈率在85%以上。經(jīng)檢測(cè)，酸洗過程腐蝕指示掛片金屬平均腐蝕速度為0.08g/ m2·h，小于4g/m2·h；腐蝕總量1.0 g/m2，小于24 g/m2，符合清洗質(zhì)量要求。

3.2 閃蒸槽除沫網(wǎng)更換

檢修中拆除了閃蒸槽四段的除沫網(wǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)除沫網(wǎng)中夾雜了許多雜質(zhì)，并且粘連在一起結(jié)為硬塊，雜質(zhì)主要是溶液的結(jié)晶、鐵屑、銹垢等。說明除沫網(wǎng)阻力增大到一定程度，就會(huì)影響到閃蒸氣在蒸汽噴射器內(nèi)的順利帶出，進(jìn)而影響到溶液再生度。

3.3 CO2冷卻器查漏

停車后，對(duì)一級(jí)、二級(jí)CO2冷卻器進(jìn)行了查漏工作。封堵CO2冷卻器氣相通道，自CO2冷凝液槽加脫鹽水充滿一級(jí)、二級(jí)CO2冷卻器，保持壓力0.1MPa，發(fā)現(xiàn)一級(jí)CO2冷卻器泄漏一根，二級(jí)CO2冷卻器泄漏23根，大部分為管板與列管焊縫部位漏，其中二級(jí)CO2冷卻器有一根列管泄漏較大，估計(jì)列管破裂。低變廢鍋結(jié)垢原因就是一級(jí)、二級(jí)CO2冷卻器列管泄漏，循環(huán)水漏入CO2冷凝液中導(dǎo)致。

4 處理后效果

凈化裝置經(jīng)過檢修處理后，運(yùn)行情況大為改觀，檢修前后運(yùn)行情況見表6，閃蒸槽檢修前后運(yùn)行情況見表7。

表6 凈化裝置檢修前后運(yùn)行數(shù)據(jù)

表7 凈化裝置閃蒸槽檢修前后運(yùn)行數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)來看，閃蒸槽原來溫差為6.6℃，檢修后溫差達(dá)到11.1℃，吸收塔出口二氧化碳含量檢修后一直維持在600×10-6左右，廢鍋加水量正常維持在20 m3/h左右，最高可達(dá)到28 m3/h。說明本次凈化的檢修處理非常成功。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)凈化裝置脫碳系統(tǒng)存在的問題的處理，我公司加強(qiáng)了CO2冷凝液的分析，每周對(duì)CO2冷凝液硬度、pH值分析一次，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)CO2冷卻器的泄漏，防止CO2冷卻器泄漏后未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成低變廢鍋列管結(jié)垢。檢修后CO2冷凝液分析為：硬度4.4umol/L，pH6.2，氯根4.6mg/L。另外閃蒸槽除沫網(wǎng)應(yīng)在運(yùn)行3a左右后，根據(jù)閃蒸槽各段溫度情況進(jìn)行檢查更換。

[1]汪壽建.天然氣綜合利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]沈俊.合成氨[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

Gas Purification Device Problems Analysis and Countermeasures

Liu Xi-sheng

Gansu Liu（Group）Co.，Ltd.Ammonia 200，000 t/a of gas purification device，after nearly four years of operation，to begin in April 2013，the emergence of low-waste boiler steam production decline，the rise of the solution regeneration，excessive absorption tower outlet temperament and other issues，and by analyzing the reasons for the measures taken to solve the problems，so that the high recovery purification device capacity.

low-waste boiler fouling；chemical cleaning；CO2leakage water coolers；flash tank demister network

TE96

A

1003–6490（2016）04–0101–02

2016–04–06

劉希盛（1974—），男，甘肅山丹人，工程師，主要從事合成氨生產(chǎn)工作。