低溫甲醇洗裝置氨冷器泄漏危害及應對措施

張偉華

(中海石油華鶴煤化有限公司, 黑龍江鶴崗 154100)

低溫甲醇洗工藝是在相當低的溫度下，利用甲醇的物理吸收去除粗合成氣中的雜質氣體，再利用低溫下二氧化碳、硫化氫能高度溶解于甲醇而氫氣、一氧化碳不易溶解于甲醇的特點，達到脫除凈化的目的。中海石油華鶴煤化有限公司現有年產30萬t合成氨、52萬t大顆粒尿素裝置，并配套建設年產60萬t新華煤礦(提供原料煤)。該項目中，煤氣化采用美國GE水煤漿氣化技術，變換采用寬溫耐硫變換工藝，脫硫、脫碳采用大連理工大學低溫甲醇洗工藝，合成氣精制采用杭州制氧機集團股份有限公司(簡稱杭氧公司)的液氮洗工藝，氨合成采用丹麥Haldor Topsoe公司的技術，尿素裝置采用荷蘭2000+TM技術，其它裝置均采用國內先進成熟技術。此項目于2015年5月9日成功投產運行，2017年7月，低溫甲醇洗裝置氨冷器出現內漏，嚴重影響低溫甲醇洗冷量回收及氨氣壓縮機系統穩定運行[1]。

1 裝置基本情況

低溫甲醇洗裝置設計額定處理能力為157 457 m3/h(干基)的原料氣進行酸性氣體脫除，副產二氧化碳和酸性氣體供尿素和硫回收使用。對應離心式氨氣壓縮機，通過壓縮氨冷器閃蒸出的氣氨為甲醇洗滌提供冷量。氨氣壓縮機的生產廠商為沈陽鼓風機集團股份有限公司，其型號為MCL606(LP)+3MCL608(HP)。氨氣壓縮機內部采用雙缸三段串聯式結構，以滿足壓縮機在加氣時的壓力和溫度要求，其中低壓缸一段6個葉輪；高壓缸為二段(第一段為3級，第二段為5級)，共8級。為提高整臺機組的效率，全部采用三元葉輪，由汽輪機驅動。軸端密封采用帶中間迷宮的串聯式干氣密封。

2 工藝流程

冷凍系統閃蒸的氣體與4臺氨冷器來的混合氨氣進入一段分離器，在分離器內與二段分離器導淋液、調溫液氨、防喘振氣一起混合，分離出的液氨通過底部的液氨泵抽出送至氨分離器，氣體(體積流量為24 184 m3/h、溫度為-39.0 ℃、壓力為0.059 MPa)進入壓縮機低壓缸。氣體壓縮后經水冷器降溫后進入二段分離器，在分離器內與氨合成第一氨冷器來的閃蒸氣以及三段分離器導淋液、調溫液氨、防喘振氣一起混合，氣體(體積流量為46 414 m3/h、 溫度為64.4 ℃、壓力為0.250 MPa)進入壓縮機高壓缸二段壓縮。壓縮后的氣體被排出缸外，經二段冷卻器冷卻后進入三段分離器，與氨合成第二氨冷器來的閃蒸氣、調溫液氨、防喘振氣混合進入壓縮機三段壓縮。經壓縮的氣體(溫度為136.6 ℃、壓力為1.575 MPa)被排出缸體。氣體經三段冷卻器降溫、分離后被送入氨冷系統。

為防止機組發生喘振，系統在三段分離器后設置3路氣體返回管線,通過 3個調節閥控制氣體分別返回到各段入口以增加氣體流量。

為了調節壓縮機入口溫度，從氨分離器引液氨作為調溫液氨。液氨分別經過3個溫度調節閥調控后，進入壓縮機一段、二段、三段入口，利用液氨氣化吸熱來調控各段入口溫度。工藝流程見圖1。

圖1 低溫甲醇洗工藝流程圖

3 氨冷器泄漏現象及分析判斷

2017年7月25日，中控操作人員發現低溫甲醇洗富甲醇段間氨冷器(E04205)出口甲醇溫度由-29 ℃上漲至-18 ℃，換熱效率下降較快；同時，氨冷器液氨殼程液位逐漸上漲，伴隨壓縮機入口分離器液位頻繁上漲。

啟動液氨泵后一段分離器，液位恢復正常，氨閃蒸槽液位明顯上漲，分析判斷氣氨帶液進入一段分離器。隨后，氨冷器制冷效果不斷下降，E04205的進出物料沒有明顯溫差，其余氨冷器物料出口溫度比正常時升高1～2 ℃。低溫甲醇洗裝置中，冷端洗滌甲醇溫度也相繼上升，氣氨帶液發生頻次增多，液氨泵啟動頻繁且困難，存在氣縛現象。

與此同時，氨閃蒸槽的壓力隨液氨泵啟停波動，各氨冷器液位出現漂移,氨氣壓縮機一段分離器液位出現指示不準確的情況。

工藝聯系儀表對遠傳液位計進行檢查調校時發現,遠傳液位計內附著固體物質。該附著物質用水沖洗能被迅速溶解，經分析是碳銨結晶、鐵銹、硅、鈣等無機鹽的混合物。

分析氨受槽惰性氣體，發現其含有氫氣、一氧化碳；分析液氨，發現其蒸發后的殘液中含水質量分數約為10%、甲醇質量分數約為60%。由此確定氨冷器存在泄漏現象[2-3]。

4 氨冷器泄漏對系統的危害

氨冷器泄漏后，工況出現波動，影響凈化系統和氨氣壓縮機的安全穩定運行，迫使裝置不得不降低負荷，甚至被迫停車。

4.1 凈化和冷凍氨系統惡化

氨冷器泄漏后，凈化氣中的硫化氫和二氧化碳等酸性物質及微小結晶顆粒隨氣氨管線進入氨冷凍系統，最終進入氨罐，導致液氨品質變差。同時降低品質的液氨又被反送回至氨冷器內，液氨中的雜質就會在其底部沉積，形成厚厚的泥狀物，對整個冷凍系統造成污染。于是，氨冷器主控和現場液位計頻繁堵塞，無法正確指示并控制。

4.2 危害低溫甲醇洗裝置運行

氨冷器液位控制不準，氨氣壓縮機做功能力下降，凈化系統冷量明顯降低，造成脫除凈化氣中硫化氫和二氧化碳的效果下降，導致下一單元液氮洗分子篩吸附超負荷以及出口微量超標。嚴重時，造成液氮洗冷箱壓差增加，裝置負荷不得不一降再降，直到被迫停車。

4.3 危害氨氣壓縮機

氨冷器泄漏后，帶有雜質的氣氨隨管道進入氨氣壓縮機入口，二氧化碳和甲醇也會與氨氣直接生成碳銨和甲胺，在低溫下以結晶形式存在，導致氣氨入口通道堵塞，影響氨冷器揮發和氨氣壓縮機運行。同時，泄漏的硫化氫，在管板表面進一步電化學腐蝕，加速氨冷器管板焊內腐蝕，導致泄漏逐步嚴重。長時間的運行積累會堵塞壓縮機入口過濾器，導致氣氨管線結晶附著難以清除(見圖2)，氨氣壓縮機不得不降低負荷，運行能耗增加，同時縮短干氣密封的使用壽命，大大增加壓縮機的運行風險。

5 氨冷器泄漏后的應對措施

5.1 停車交出

8月4日23：00，裝置停車檢修，停開車及檢修時間控制在48 h之內，進行冷凍系統及甲醇洗洗滌塔系統隔離、排甲醇、置換氨側和甲醇側等措施。氨冷器氨側進出口和甲醇側進出口加盲板隔離。

5.2 檢修、沖洗

拆除氨冷器封頭后，發現封頭內存在石子。對氨冷器進行抽芯，當換熱器列管抽離到7 cm時，觀察到換熱器列管已被碳銨全部包裹住。同時列管和換熱器殼層卡住，無法繼續抽芯。隨即回裝列管，對換熱器殼層進行熱除鹽水沖洗。拆下氨冷器主控液位計、氣液相雙法蘭，將提前準備好的熱除鹽水接至主控液位計氣相口，沖洗結晶；同時用消防水接至主控液位計液相口進行沖洗。將排氨管線球閥打開沖洗結晶，疏通后就地排放一段時間，關閉球閥，在抽出管束側排。抽出部分列管，當無結晶后，保運回裝管束。回裝完畢后，使用熱除鹽水反復沖洗氨冷器殼層3次，恢復管線。

5.3 管板試漏

引一部分氨進入氨冷器殼層,對氨冷器管板進行查漏，將氨冷器高壓氮管線現場壓力表連換熱器側投用，觀察換熱器內壓力，稍開液氨側前后截止閥，利用漏量將液氨引至換熱器殼層。現場壓力表顯示上漲后，立刻關閉液氨截止閥，開高壓氮氣閥進行殼側充壓,至0.4 MPa后，利用準備好的酚酞進行查漏。其間，對管板用熱除鹽水進行沖洗，保證檢查的準確性，同時利用肥皂水進行查漏。通過多次查漏，發現氨冷器底部管板存在砂眼。聯系儀表，拆下氨冷器現場液位計，疏通液相管線后復位[4]。

5.4 泄壓、堵漏、回裝

確認漏點后，通過主控液位計脫開處對換熱器進行泄壓，泄壓結束后通入氮氣保持微正壓，對漏點進行焊接處理。焊接結束后充壓再做0.4 MPa查漏，無漏點后進行拆工裝、換熱器沖洗、回裝封頭、抽盲板、換熱器置換、充壓、氣密等工作。完畢后，系統開車。

開車后，裝置換熱效率又恢復至未泄漏之前，溫差達到15 K以上，擁有較好的制冷能力(見圖3)。

6 結語

該設備內漏事故證明，氨冷器內漏前期可通過間斷排出碳銨的方式維持裝置運行，但不是徹底解決問題的辦法。出現氨冷器內漏后，要及時停車處理，將問題解決在初期。實際運行過程中，設備內漏情況很多，在平時工作中要加強技術管理，發現指標異常時,要及時分析原因，并采取有效措施，將裝置運行風險降至最低，保障裝置的穩定運行。