合成氨装置原料气压缩机段间水冷器阻力高原因分析及解决.pdf
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1、 收稿日期 修稿日期 作者简介袁强强(),男,山西高平人,助理工程师,主要从事合成氨生产管理工作。合成氨装置原料气压缩机段间水冷器阻力高原因分析及解决袁强强(山西晋丰煤化工有限责任公司,山西 高平 )摘要山西晋丰煤化工有限责任公司一期、二期 合成氨装置均采用常压固定层间歇制气、煤气间接冷却、半水煤气湿法脱硫、全低温耐硫变换、脱碳、双甲精制(醇烷化)及中压氨合成工艺。原料气压缩机一段入口增设溴化锂冷却器、二期合成氨装置原料气压缩机气缸扩缸改造于 年年底完成后,原料气压缩机打气量大幅增加,可停运 台原料气压缩机,大幅降低了吨氨电耗,但出现了原料气压缩机低压段段间水冷器阻力高制约系统长周期稳定运行的
2、问题。经分析,原因在于,一段入口增设溴化锂冷却器、压缩机扩缸改造后,原料气压缩机二段和三段水冷器进 出口半水煤气温度大幅上涨,半水煤气中的 在富氧、高温、高压环境中发生直接氧化反应生成了单质硫(硫蒸气)并在降温过程中逐步凝结附着在段间水冷器列管内所致。年 月技改后,增压后二段和三段水冷器入口半水煤气温度大幅降低,段间水冷器列管内再未出现过硫磺堵塞问题。关键词合成氨装置;原料气压缩机;段间水冷器堵塞;原因分析;直接氧化反应;硫蒸气凝结;优化改进 中图分类号 文献标志码 文章编号 ()引言山西晋丰煤化工有限责任公司(简称山西晋丰)是晋能控股装备制造集团下属全资子公司,年 月建成投产 套 合成氨、甲
3、醇、尿素装置(一期项目),年 月又建成投产 套 合成氨、甲醇、尿素装置(二期项目)。项目以晋城无烟块煤为原料,一期、二期合成氨装置均采用常压固定层间歇制气(气化炉)、煤气间接冷却、半水煤气湿法脱硫、全低温耐硫变换、脱碳、双甲精制(醇烷化)工艺及湖南安淳高新技术有限公司的中压氨合成工艺;一期、二期尿素装置均采用 汽提工艺,一期尿素装置采用高塔造粒、产品为中颗粒尿素,二期尿素装置采用挪威海德鲁流化床造粒、产品为大颗粒尿素。近年来,山西晋丰在一期、二期合成氨装置原料气压缩机一段入口增设溴化锂冷却器,并于 年底完成二期合成氨装置原料气压缩机气缸扩缸改造。年系统重启后,二期合成氨装置原料气压缩机低压段段
4、间水冷器阻力高问题凸显,成为系统长周期稳定运行的最大制约因素,后通过技改使问题得到了解决。以下对有关情况作一简介。原料气压缩机运行问题 气化炉生成的半水煤气经冷却、脱硫后送至原料气压缩机,压缩机型号为 ,采用六段往复式压缩,设计单台打气量 ,各段工艺气加压后设置段间水冷器。一期、二期合成氨装置各有 台原料气压缩机,原料气压缩机三段出口、四段入口、五段出口、六段入口设置总管联通,正常生产时原料气压缩机九开一备。半水煤气经原料气压缩机一段、二段、三段加压至 后依次送往变换、脱碳、精脱硫系统,精脱硫后的净化气中总硫 ,净化气经原料气压缩机四段、五段加压至 后送往双甲系统精制,精制气经六段加压至 后送
5、往氨合成系统。近年来,为提高原料气压缩机单机效率,原第 期 年 月中氮肥 料气压缩机一段入口增设了溴化锂冷却器,并对二期合成氨装置 台原料气压缩机 段气缸进行了扩缸改造:一段入口增设溴化锂水冷器后,来自半脱系统的半水煤气温度大致由 降至 ,据理想气体状态方程计算,单台(半水煤气)打气量增加 (标态,下同);二期合成氨装置原料气压缩机扩缸及活门改造后,单台(半水煤气)打气量再增加 ;同等总氨日产量下,可停运 台原料气压缩机,吨氨电耗降低约 。原料气压缩机一段入口增设溴化锂冷却器、二期合成氨装置原料气压缩机气缸扩缸改造于 年年底完成,年系统重启后,由于原料气压缩机一段进口半水煤气温度下降,尽管打气
6、量大大增加,一段加压后半水煤气温度与技改前相比并无明显变化(稳定在 ),一段段间水冷器工艺气侧压差也长期稳定,但二段和三段水冷器进 出口半水煤气温度全部上涨(见表 ,数据为 年 月、原料气压缩机月度运行均值;工艺上要求重点管控段间水冷器后半水煤气温度,一段 二段 三段段间水冷器后半水煤气温度均要求在 以下),运行 月后二段和三段水冷器气相阻力由正常值 增至 。为降低段间水冷器阻力和段间水冷器进 出口气温度,在原料气压缩机运行期间对段间水冷器循环水侧进行反洗,反洗后半水煤气温度降低 ,但 后半水煤气温度出现反弹,段间水冷器阻力在反洗前后则无明显变化。总之,原料气压缩机扩能技改后,二段和三段水冷器
7、气相侧阻力增加,当阻力增至 后,需择机组织机组停车检修,即原料气压缩机低压段段间水冷器阻力高成为系统长周期稳定运行的最大制约因素。表 原料气压缩机低压段半水煤气水冷效果项目一段二段三段入口出口入口出口入口出口压缩机 压缩机 压缩机 平均值 原因分析 段间水冷器阻力高的原因查找与分析 年 月因环保原因错峰停车期间,对二期合成氨装置全部原料气压缩机一段、二段、三段水冷器进行抽芯检查,发现各压缩机二段、三段水冷器内均存在堵塞现象(堵塞物为黄色晶体),三段水冷器堵塞程度比二段水冷器严重,一段水冷器未发生堵塞,抽芯检查情况与日常压差监控数据一致。对段间水冷器堵塞物进行取样分析,堵塞物的物理外观与化学分析
8、结果均符合单质硫的特征,确认堵塞物为单质硫。原料气压缩机煤气进出口位于段间冷却器同侧,半水煤气在段间水冷器内走管程,气体采用隔板折流(管程顶端设置隔板),可有效延长煤气在管程内的停留时间、保证气流在列管内均匀分布。原料气压缩机三段水冷器抽芯检查发现,其气相进口段不存在堵塞现象 该段温度与进气温度接近,超过硫蒸气的凝结温度();在段间水冷器内,随着气体温度的逐步降低,硫蒸气会逐步冷凝并附着在列管内壁,最终导致列管堵塞;同时,半水煤气中携带的硫磺进入段间水冷器后的分离器与煤气管线内,导致分离器导淋和三段出气总管堵塞;而且,段间水冷器内带出物造成压缩机活门故障增加,压缩机运行周期缩短。硫磺生成机理据
9、生产系统技改前后设备与工艺条件的变化情况,从半水煤气源头(间冷改造)与原料气压缩机扩能改造等方面对硫磺生成机理进行分析。半水煤气源头方面 年山西晋丰对半水煤气冷却系统进行间冷改造,在半水煤气冷却系统前增设布袋除尘器,煤气冷却由直接水洗冷却改为间接冷却,有效解决了煤气带出物较多与 溢散等问题,具有良好的环保效益。本项改造完成后,布袋除尘器与间冷系统运行状况良好,半水煤气带出物较之前明显减少,静电除焦器与半脱罗茨鼓风机内基本上无焦油、煤粉等,除氢氰酸含量上涨外,半水煤气其他成分相较于技改前并无变化。受间冷系统内冷却水密闭循环的影响,半水煤气中游离态氢氰酸量增加,氢氰酸被带至半脱系统后,在脱硫碱液(
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