CO等溫變換工藝技術(shù)應(yīng)用及問(wèn)題策略分析

馬杰 繆傳耀(匯智工程科技股份有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

CO等溫變換工藝技術(shù)雖然經(jīng)一段時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)得取得了一定成功，并且在具體應(yīng)用期間，也取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果，但是，從實(shí)際情況來(lái)看，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用仍然存在一定問(wèn)題，因此，要想使其作用能夠得到合理發(fā)揮，必須要從不同角度入手，做好相應(yīng)分析工作。

1 CO等溫變換工藝技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

CO等溫變換工藝技術(shù)在應(yīng)用時(shí)與傳統(tǒng)絕熱變換相比，其應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)通過(guò)對(duì)等溫變換的應(yīng)用能夠及將經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的各項(xiàng)熱量移走，從而確保催化劑床層能夠在一個(gè)溫度相對(duì)較低環(huán)境下開(kāi)展，這在一定程度上能夠使CO變換反應(yīng)率得到進(jìn)一步提升，進(jìn)而保證后續(xù)作業(yè)過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)超溫、操作不穩(wěn)定，以及各種風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)[1]。因?yàn)镃O變換反應(yīng)會(huì)釋放出一定的熱量，而且該反應(yīng)速度較快，而且十分劇烈，尤其是在進(jìn)行高濃度CO轉(zhuǎn)化時(shí)，如果受外界因素限制，導(dǎo)致因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量無(wú)法被快速移走，這將會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度不斷升高，從過(guò)去經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，若采用的CO轉(zhuǎn)換率提升1%，爐內(nèi)環(huán)境溫度則會(huì)升高8℃左右，這不僅會(huì)降低平衡變化率降低，而還在完成放熱后，會(huì)形成高溫，這將會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展過(guò)程中采用的催化劑出現(xiàn)老化情況，并且伴隨著的一系列的不良反應(yīng)，同時(shí)，也對(duì)設(shè)備采用的材質(zhì)耐溫性、性能都提出更高要求，這些問(wèn)題的出現(xiàn)都會(huì)對(duì)CO變換反應(yīng)順利進(jìn)造成不良影響，而保持變換爐內(nèi)溫度處于一個(gè)相對(duì)恒定狀態(tài)，能夠使上述各項(xiàng)問(wèn)題都能夠得到解決，進(jìn)而確保后續(xù)各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)的順利開(kāi)展[2]。

(2)等溫變換工藝的應(yīng)用，能夠使CO轉(zhuǎn)換率變得科調(diào)節(jié)和可控。在實(shí)際生產(chǎn)期間，要做好控制工作，要將變換反應(yīng)既要確保變換氣中CO含量始終都被控制在符合要求范圍內(nèi)。等溫變換工藝中，因?yàn)檫M(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)區(qū)域內(nèi)溫度保持恒定，而CO變換反應(yīng)是可逆的，通過(guò)控制水蒸氣量完成對(duì)CO轉(zhuǎn)換率的調(diào)節(jié)，從而滿足在不同工況下的具體生產(chǎn)需求。而傳統(tǒng)絕熱變化中，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，溫度將會(huì)不斷升高，溫度的變化會(huì)導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)平衡常熟發(fā)生改變，而且由于反應(yīng)十分劇烈，因此，單純的通過(guò)對(duì)蒸汽進(jìn)行調(diào)節(jié)，難以完成對(duì)CO轉(zhuǎn)化率的精準(zhǔn)控制[3]。

(3)等溫變換不僅可以讓反應(yīng)爐內(nèi)溫度始終都保持恒定，而且采取“水移熱”技術(shù)，而已生成大量蒸汽，這些蒸汽可以被循環(huán)利用，作為反應(yīng)原料氣，在一些特殊工況下，能夠?qū)崿F(xiàn)蒸汽“零消耗”[4]。而傳統(tǒng)熱反應(yīng)中，需要加入大量蒸汽，將其作為反應(yīng)開(kāi)展的原料，同時(shí)，為了確保具體反應(yīng)作業(yè)開(kāi)展期間的穩(wěn)定性，要在考慮生產(chǎn)環(huán)境基礎(chǔ)上，適當(dāng)補(bǔ)充一定量冷激水或者蒸汽，進(jìn)而達(dá)到降低反應(yīng)爐內(nèi)溫度的目的，這也就會(huì)造成多次重復(fù)消耗蒸汽，由此可見(jiàn)，等溫變換技術(shù)在具體應(yīng)用過(guò)程中具有減少蒸汽消耗量的優(yōu)勢(shì)[5]。

2 CO等溫變化工藝應(yīng)用問(wèn)題及對(duì)策

某工業(yè)園區(qū)合成氨項(xiàng)目建設(shè)初期采用航天粉煤氣化爐、四段絕熱CO變換工藝，而且開(kāi)展了土地施工。而CO等溫變換工藝隨著科技的不斷發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)變得更加成熟，而且該項(xiàng)工藝在具體應(yīng)用時(shí)，CO等溫變換工藝變更加成熟，該項(xiàng)工藝在具體應(yīng)用期間與傳統(tǒng)的絕熱變換工藝相比，前者優(yōu)勢(shì)十分明顯[6]。因此，在原有絕熱變換基礎(chǔ)上，進(jìn)行了適當(dāng)修改，在進(jìn)行實(shí)際修改過(guò)程中，要盡量對(duì)原絕熱變換工藝應(yīng)用過(guò)程中采用的設(shè)備、工藝、土建等各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榈葴刈儞Q工藝。

2.1 設(shè)計(jì)方面遇到的問(wèn)題及解決對(duì)策

(1)將在線監(jiān)測(cè)氧含量設(shè)備設(shè)置在等溫變換裝置入氣口處，通過(guò)對(duì)該裝置進(jìn)行應(yīng)用，完成對(duì)進(jìn)入到氣口氧氣具體含量情況的檢測(cè)。氣化工藝采取的為粉煤純氧氣化工藝，在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展期間，為了避免生產(chǎn)期間，由于操作人員操作不當(dāng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致煤氣中氧含量超標(biāo)，而損壞催化劑，通過(guò)采用在線檢測(cè)技術(shù)，能夠精準(zhǔn)度完成對(duì)含氧量情況的檢測(cè)[7]。

(2)針對(duì)凈化爐層要設(shè)置超溫報(bào)警裝置。凈化爐是利用原絕熱變化爐為基礎(chǔ)改造而成的，其在具體應(yīng)用過(guò)程中起到的關(guān)鍵作用就是對(duì)粗煤氣進(jìn)行凈化，進(jìn)而達(dá)到脫毒目的，同時(shí)，將5.5m3催化劑轉(zhuǎn)入到凈化爐底部，用于變化反應(yīng)，確保等溫變換爐入口煤氣溫度與露點(diǎn)溫度相比更高，而通過(guò)對(duì)加熱報(bào)警裝置的應(yīng)用，能夠達(dá)到提前警示作用。

(3)在凈化爐入口前增加一個(gè)氮?dú)夤艿溃捎谟?m3的催化劑被裝入到了凈化爐底部，這一部分催化劑可以被用作變換反應(yīng)，因此，能夠有效避免接氣初期，由于流速過(guò)低，進(jìn)而出現(xiàn)高溫情況，確保了整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)的順利開(kāi)展[8]。

(4)將一個(gè)中壓鍋爐積水管管線合理加設(shè)在冷凝液緩沖罐上。進(jìn)行投料開(kāi)車起初階段，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中并不會(huì)形成冷凝液，而加設(shè)的中壓鍋爐給水管，可以保證冷凝管中系統(tǒng)水充足，這將會(huì)導(dǎo)致冷凝液預(yù)熱器和冷凝液加熱器在應(yīng)用期間，發(fā)生燒干現(xiàn)象。

(5)針對(duì)主物料管道低于的露點(diǎn)溫度，采用的管道材質(zhì)為304L，如果主物料管道的溫度超高于露點(diǎn)溫度，采用的管道材質(zhì)應(yīng)當(dāng)為15CrMo。

2.2 設(shè)備方面的問(wèn)題及解決措施

(1)這對(duì)生產(chǎn)設(shè)備中的部分大口徑管道密封墊進(jìn)行了更改，在具體更改時(shí)主要值利用“橢圓點(diǎn)”取代“八角墊”。通過(guò)對(duì)采用的工藝管線情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，主要工藝氣管線法蘭在實(shí)際密封期間采用“八角墊”剛性密封，其中最大孔徑為DN800。但是，因?yàn)椤鞍私菈|”在具體加工過(guò)程中，其在具體質(zhì)量上會(huì)存在一定缺點(diǎn)，同時(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)期間，會(huì)受到熱脹冷縮問(wèn)題影響，這也就加大了消除密封面縫隙的困難性。

(2)采用的等溫變換爐體積較大，而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，為了確保其安裝質(zhì)量能夠達(dá)到相應(yīng)要求標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)實(shí)際采用的殼體、內(nèi)件等各項(xiàng)分體都要運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由工作人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行安裝，完成安裝后，要利用水壓試驗(yàn)對(duì)安裝的等溫變換爐質(zhì)量和性能進(jìn)行檢查。對(duì)于等溫變換爐內(nèi)的換熱管采取懸掛式雙套管，該管口需要開(kāi)在上部管內(nèi)，而對(duì)于下部，則應(yīng)當(dāng)采取密封方式對(duì)其進(jìn)行處理。水壓實(shí)驗(yàn)完成后，水將會(huì)充滿雙套水管換熱管，并且難以完成對(duì)水體的排放。由于安裝作業(yè)時(shí)在1月份，溫度相對(duì)較低，因此，確保各項(xiàng)設(shè)備都具有良好性能，以及設(shè)備運(yùn)行期間的安全性，采用催化劑升溫硫化措施，實(shí)現(xiàn)保溫，實(shí)現(xiàn)對(duì)等溫變化爐的保護(hù)，溫度上限為85℃，而下限則為20℃，為了保證溫度合理性，約每隔12d啟動(dòng)一次電加熱，通過(guò)電加熱方式，完成相應(yīng)加熱處理。

(3)處理等溫爐內(nèi)漏問(wèn)題。等溫變換裝置投料試車應(yīng)用100d后，合成氨系統(tǒng)依據(jù)計(jì)劃而成，對(duì)投料車在具體運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)缺陷內(nèi)容進(jìn)行消除。停車后，作業(yè)人員可以發(fā)現(xiàn)等溫變化爐上部汽包液位會(huì)發(fā)生異常快速下降，利用測(cè)試可以判斷造成該情況的原因時(shí)等溫變換爐內(nèi)部水管經(jīng)過(guò)一段時(shí)間應(yīng)用，其遭受到了破壞，因此，發(fā)生了泄露現(xiàn)象，而且這一泄露較為嚴(yán)重，對(duì)等溫爐應(yīng)用造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致其無(wú)法正常升溫，針對(duì)這一問(wèn)題，相關(guān)工作人員決定對(duì)拆割等溫變換爐，對(duì)其進(jìn)行維修，使其性能能夠得到恢復(fù)，滿足應(yīng)用需求。

生產(chǎn)裝置中采用的等溫變換爐整體直徑達(dá)到了4500mm，在設(shè)計(jì)初期階段，設(shè)計(jì)人員考慮變換爐的制造過(guò)程中采用的技術(shù)難度和成本，針對(duì)整個(gè)等溫變換爐采取焊接方式處理，并未采取法蘭式封閉。因此，在對(duì)其進(jìn)行檢修時(shí)，檢修人員將爐體上部封頭焊縫切開(kāi)，將等溫變換爐開(kāi)啟，對(duì)該護(hù)臂厚度進(jìn)行檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)厚度約100mm，開(kāi)啟爐體后，可以發(fā)現(xiàn)等溫變換爐內(nèi)部換熱器管板與上部降水管兩者連接位置處存在裂痕，初步判斷，該裂痕就是引起滲漏問(wèn)題的原因。為了確定催化劑換熱管處是否發(fā)生了泄露，作業(yè)人員要切開(kāi)上管板，采取打壓注水方式，完成相應(yīng)判斷，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，最終確定只有上管板焊縫與降水管兩者連接處存在漏水問(wèn)題。因此，為了避免由于熱應(yīng)力原因，導(dǎo)致降水管焊部位在后期應(yīng)用期間再出現(xiàn)裂紋，而防止管漏水問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在對(duì)爐內(nèi)降水管進(jìn)行全面分析，適當(dāng)增加膨脹節(jié)，進(jìn)而達(dá)到消除滲漏的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

近幾年，我國(guó)煤化工業(yè)得到了快速發(fā)展，生產(chǎn)裝置能力不斷朝著大型化方向發(fā)展，這也就為等溫變化工藝發(fā)展提供了良好空間，而且，等溫變換工藝在高CO濃度氣化煤氣和高水比中能夠穩(wěn)定、安全運(yùn)行，從具體應(yīng)用情況來(lái)看，也取得了不錯(cuò)應(yīng)用效果，因此，其是一種值得推廣的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。在對(duì)等溫變換工藝進(jìn)行應(yīng)用期間，要利用其具體生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展的便利性，全面分析大型化設(shè)備制造，各個(gè)連接部位的具體密封程度，以及檢修設(shè)備時(shí)帶來(lái)的影響和不足，進(jìn)而確保等溫煤化工中應(yīng)用的穩(wěn)定性、安全性。