臥式氨分離器結構在合成氨裝置中的應用

王付嶺 朱俊 劉立國

摘要：根據山東華魯恒升化工股份有限公司20萬噸/ 年合成氨裝置所使用的臥式氨分離器在設計、制造、安裝和使用情況，介紹了臥式氨分離器的結構特性及在設計、制造、安裝過程中應注意的幾個問題和在使用后的運行情況。

關鍵詞：臥式氨分離器;除沫器;分離裝置;高壓設備設計;制造

山東華魯恒升化工股份有限公司20萬噸/ 年合成氨裝置中的氨分離器采用臥式結構，替代了原有合成氨項目中的立式分離器結構;是該公司獨自設計并成功應用的新技術和新結構。

1、臥式氨分離器的工藝參數：

設備規格：直徑DN1600，厚度124mm，長度L=7631mm;

操作/設計溫度：T=-15/-20℃

操作/設計壓力：P=≤22/22Mpa.G

介質（殼程）：H2、N2、NH3、Ar、CH4

2、臥式氨分離器的特點：

臥式氨分離器由高壓封頭、高壓筒體、分布裝置及除沫裝置等零件組成，氣體進入氣體分布裝置后，經過分布裝置上的蓋板進行第一次分離，分離后產生沉降進行第二次分離，后經過除沫裝置，進行第三次分離，分離效果遠遠優于原有的立式按分離器的效果。

在氨合成系統中，由于受到氨合成反應化學平衡的限制，致使氨的單程轉化率不高，為提高氨的全程轉化率，需將大量的未反應氣與氨分離后再與新鮮氣混合循環反應。使反應過程中生成的氨連續不斷的分離出去。但老式的立式氨分分離效率比較差，存在氨的循環存在，設備空間利用不足，造成浪費;而臥式分離器，物料經過3 次分離，大大增加氣體的分離面積和分離流速，并存在物理分離及機械分離，使分離效率較高，分離效果較好。臥式分離器的特點為：

2.1? 能量利用合理，分離面積增大，分離效果明顯，分離效率較高;

2.2? 結構簡單，設備制作簡單，保證設備質量;

2.3? 內件的裝填與卸出都很方便，可節約停車時間，內件清洗后可重復利用，節約運行成本;

2.4? 分離過程中有物理分離、機械分離，分離過程合理;

2.5? 設備安裝方便，減少施工過程中的危險因素，減少安裝成本;

2.6? 因為分離效果明顯，即使單系列大型化后，分離器直徑也不至于過大;

2.7? 運轉周期長，內件材質選用不銹鋼，使用壽命增長。

2.8? 設備結構合理，充分利用內部空間，設備一次性投資大大減少。

3、分離器設計應注意的問題：

3.1? 分離器至少包括氣體分布段和除沫段;考慮到氣液混合物的沉降作用，所以說最好將除沫段安置在設備筒體的上端，為盡量增大分布面積，所以應盡量增加分布段的長度，在設備允許的情況下，使分布裝置的在設備內部全程分布。為了增大除沫分離段的作用，盡量增加除沫段的面積和過流流程。。

3.2? 進出口的設置：為使分離效果更明顯，應使進出口在距離上達到最長，增加分離流程，同時考慮設備制作情況，并避免集液、集氣，并在容器最低端設置排液口，設備液位計，及時排靜;設計進口管上的氣孔時，應注意向上分布且使流通面積滿足流通要求，并在折流板下，使物料在折流板處進行初次分離，增加分離效率。

3.3? 人孔的設置。人孔的作用是在設備制造、檢修過程中用于分布段和分離段的安裝和檢修。其設置位置應以方便安裝和制造為主要原則。人孔一般設置在殼體上，但考慮到設備制作，將人孔設置在球封上更為合理，且方便人進出和檢修。

3.4? 設計中應考慮如何增加分離流程。可在分布裝置上增加折流板，增加物料在分離過程中的分離流程，并使氣液進行部分分離，減少后續分離負荷并防止氣體直接沖擊除沫段，除沫段的過濾絲網是防止氣體的顆粒雜質進入下續工段，都是為了提高分離器的效率。

3.5? 由于分離器在運行過程中壓力較高，并存在低溫狀態;為防止由于低溫應力作用造成分離器設備本體的破壞，在設計過程中應重點考慮這一因素。在本設計中采用選用相匹配的材料解決了低溫應力的問題。即殼體材料選用低溫鋼層板結構，法蘭連接采用適合高壓運行的透鏡墊連接。

4、分離器設備制造過程中應注意的問題：

4.1? 該設備結構簡單，制作相對老式分離器容易，一般的設備制造廠均能實現，但再制作過程中應考慮設備的熱處理順序及無損檢測的部位。

4.2? 由于設備直徑較小，應考慮設備內件應在設備制造廠組裝完畢，且在設備本體上進行預組裝，檢查無誤后方可發運到設備安裝現場進行組對安裝，否則容易出現接管位置錯誤的現象，現場無法安裝。所有焊接接頭焊接完畢，進行無損檢測，合格后進行消除應力熱處理，最后所有焊接接頭進行表面無損檢測，確保沒有焊接缺陷的存在。

4.3? 嚴格控制熱處理順序。分離器無法進行整體熱處理，只能根據制造工藝進行部件熱處理，將內筒和球封組件分別進行熱處理，針對局部熱處理嚴格控制措施和工藝紀律，確保熱處理質量。

該分離器及其合成氨裝置一次開車成功，已經連續運行至今，運行情況良好，分離效果遠遠好于老系統立式分離器，達到設計預期生產目標。

參考文獻：

[1]傅家新氨分離器的設計計算問題解析《小氮肥設計技術》2006年第1 期.