摘要：煤制合成氨工藝中關(guān)于凈化氣中CO脫除一般選擇低溫液氮洗技術(shù)，但低溫液氮洗工藝工作條件苛刻，對(duì)工藝操作、設(shè)備維護(hù)要求較高，本文就我公司差壓變送器出現(xiàn)的問題及正常維護(hù)相關(guān)工作進(jìn)行分享。

寧夏和寧化學(xué)有限公司一期項(xiàng)目是以煤為原料，年產(chǎn)40萬噸合成氨、20萬噸甲醇、70萬噸尿素項(xiàng)目，其中氨合成氣精制工序采用杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司設(shè)計(jì)制造的低溫差壓變送器，用于脫除CO、Ar、CH4等雜質(zhì)，使出口氨合成氣中的CO+CO2含量小于16mg/Nm3、H2/N2達(dá)到3∶1，以滿足氨合成工藝要求，我公司差壓變送器自2014年開車以來出現(xiàn)了各類問題，現(xiàn)就幾個(gè)突出問題進(jìn)行分享。

1液氮洗工藝簡(jiǎn)述

差壓變送器由分子篩、三臺(tái)板翅式換熱器、氮洗塔、氫氣分離罐等設(shè)備構(gòu)成，工藝流程圖見圖1。分子篩吸附低溫甲醇洗凈化氣中CO2、CH3OH等極性分子，使出口工藝氣中CO2≤2mg/Nm3，通過三臺(tái)板翅式換熱器冷卻后進(jìn)入氮洗塔，在－190℃的低溫環(huán)境下，利用氫氣與CO、CH4、Ar的沸點(diǎn)不同，以近似于多組分精餾的形式將CO、CH4、Ar從氣相中溶解到液氮中，達(dá)到合成氣中CO+CO2含量小于16mg/Nm3的要求，同時(shí)通過洗滌氮、粗配氮、精配氮三種方式將合成氣中H2與N2比例調(diào)節(jié)至3∶1。

2差壓變送器主要存在的問題

2．1分子篩程控閥故障

我公司分子篩采用上海環(huán)球公司生產(chǎn)的5A分子篩，運(yùn)行周期為20.46h，運(yùn)行五年效果基本穩(wěn)定。分子篩程控閥屬于重要常用閥門，采用上海宏盛軌道球閥，因分子篩系統(tǒng)程控閥未定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，2017年10月，分子篩B套復(fù)熱氮?dú)馊肟诔炭亻yKV4106內(nèi)漏，－56℃低溫氫氣串入常溫氮?dú)夤艿溃�管道測(cè)量#低溫度達(dá)到了－18℃，因存在“氫脆”管道破裂風(fēng)險(xiǎn)，合成氨系統(tǒng)被迫停車2天檢修，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

2．2冷箱堵塞

我公司冷箱內(nèi)采用板翅式鋁制換熱器，換熱效果好，但換熱翅片通道小，操作維護(hù)不當(dāng)易造成堵塞，曾經(jīng)出現(xiàn)過兩次換熱器堵塞停車事故。2015年3月20日低溫甲醇洗熱再生塔冷凝系統(tǒng)壓差逐漸升高，系統(tǒng)復(fù)熱頻繁(#高達(dá)到1～2d/次);4月9日差壓變送器板式換熱器前、后壓差由40kPa逐漸開始上升;4月21日其前、后壓差達(dá)到400kPa，系統(tǒng)無法維持負(fù)荷，液氮洗停車復(fù)熱處理;4月24日拆除原料氣進(jìn)冷箱第二道過濾器時(shí)發(fā)現(xiàn)大量白色結(jié)晶物質(zhì)堵塞，該白色結(jié)晶物質(zhì)在常溫下自然分解，后經(jīng)分析為銨鹽(碳酸銨、碳酸氫銨)。利用中壓氮?dú)夥创道湎浒迨綋Q熱器，吹出大量含氨氣體，冷箱整體吹掃復(fù)熱至0℃以上，恢復(fù)開車后運(yùn)行正常。

2015年5月25日系統(tǒng)大幅波動(dòng)，熱再生塔冷凝系統(tǒng)氨冷器復(fù)熱頻繁，氣量穩(wěn)定后冷箱板式換熱器壓差由45kPa上升至78kPa;6月2日分析熱再生塔冷凝系統(tǒng)甲醇中氨含量在1%，將分離罐內(nèi)含氨甲醇排至污甲醇地下槽，同時(shí)要求變換增加洗滌塔洗滌水量;6月5日板式換熱器壓差上升至280kPa，系統(tǒng)停車檢修;6月6日分析冷箱原料氣吹出氣體，其中NH3含量為1.81%、CO2含量為271mg/Nm3，連續(xù)吹掃16h后，分析氣體中氨含量為100mg/Nm3，CO2含量為3mg/Nm3，系統(tǒng)恢復(fù)開車后運(yùn)行正常。

后續(xù)停車檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)變換洗滌塔塔盤基本損壞，無法起到洗滌氨的作用，印證大量氨帶入系統(tǒng)是造成液氮洗冷箱板式換熱器堵塞的原因。

2．3板翅式換熱器泄漏

經(jīng)過幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，冷箱所采用的板翅式鋁合金換熱器換熱效率較好，冷箱一直處于冷量富裕的狀態(tài)，但因各種原因，我公司板換出現(xiàn)過三次泄漏，對(duì)裝置正常運(yùn)行造成了極大的影響。2014年原始開車以來，冷箱下部東西側(cè)長(zhǎng)期存在掛霜現(xiàn)象(東側(cè)較為明顯、西側(cè)僅冬季出現(xiàn))，由于漏量沒有擴(kuò)展觀察運(yùn)行。2018年5月，因外網(wǎng)電網(wǎng)晃電全系統(tǒng)跳車，冷箱恢復(fù)導(dǎo)入原料氣過程中，冷箱殼體壓力由0.082kPa突然上漲至1kPa(超量程)，氫氣分離罐壓力由正常1.1MPa上漲至1.3MPa安全閥起跳;現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)冷箱底板及頂部呼吸閥外噴珠光砂，冷箱中下部殼體開始掛霜。停車扒砂檢查發(fā)現(xiàn)2#原料氣冷卻器E0434循環(huán)氫通道及中壓氮?dú)獬崞�裂開(見圖2)，當(dāng)時(shí)采取外部補(bǔ)焊方式修復(fù)(見圖3)，開車后運(yùn)行正常，本次冷箱檢修耗時(shí)約12天。

2019年1月，全系統(tǒng)停車，冷箱減負(fù)荷過程中冷箱殼體壓力由0.076kPa突然上漲至1kPa(超量程)，氫氣分離罐壓力由正常1.1MPa上漲至1.3MPa安全閥起跳;現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)冷箱底板及頂部呼吸閥外噴珠光砂，冷箱中下部殼體開始掛霜。停車扒砂檢查2#原料氣冷卻器E0434再次出現(xiàn)泄漏，中壓氮?dú)�、循環(huán)氫、原料氣、合成氣、燃料氣5個(gè)通道翅片均不同程度裂開(見圖4)，且2018年5月外部補(bǔ)焊裂紋也再度裂開(見圖5)，此次采取割除換熱器封頭、將泄漏翅片通道封堵的方式進(jìn)行消缺，開車后運(yùn)行正常，本次冷箱檢修耗時(shí)約18天。

2019年5月，全系統(tǒng)停車大修，停車過程未發(fā)現(xiàn)問題，但扒砂后檢查2#原料氣冷卻器E0434，發(fā)現(xiàn)換熱翅片又出現(xiàn)新的裂紋，更換新設(shè)備后開車運(yùn)行正常。

3差壓變送器維護(hù)

3．1嚴(yán)格控制氣體指標(biāo)液氮洗屬于深冷裝置，#低點(diǎn)溫度可達(dá)－198℃，堵塞一般都是高沸點(diǎn)介質(zhì)冰凍所致(見表1)，若發(fā)生堵塞只能通過氮?dú)鈴?fù)熱方能解決問題，但會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

正常生產(chǎn)過程中，操作人員應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控原料氣內(nèi)CO2、CH3OH含量及1#、2#原料氣換熱器前后壓差。一般來說，控制進(jìn)入分子篩前原料氣中CO2含量應(yīng)小于10mg/Nm3，CH3OH含量應(yīng)小于25mg/Nm3，分子篩出口CO2含量應(yīng)小于2mg/Nm3，CH3OH應(yīng)全部被分子篩吸附，故分子篩吸附效果監(jiān)測(cè)應(yīng)定期進(jìn)行，當(dāng)分子篩進(jìn)入解析后期時(shí)取樣再生氮?dú)庵蠧O2及CH3OH含量，可有效監(jiān)測(cè)分子篩吸附、再生效果。

冷箱開車過程中，需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)置換氮?dú)庵蠧O2及露點(diǎn)數(shù)據(jù)，一般來說，須在冷箱進(jìn)出五種物料通道選取合適排放點(diǎn)進(jìn)行取樣分析，當(dāng)置換氣中氮?dú)饧兌?ge;99．5%，露點(diǎn)＜－50℃時(shí)，方可進(jìn)行冷箱氮?dú)饫鋮s積液工作。

冷箱緊急停車保冷保壓過程中，須特別注意未經(jīng)過分子篩吸附的原料氣反串至冷箱內(nèi)，我司曾出現(xiàn)過一次未及時(shí)關(guān)閉界區(qū)手閥原料氣反串至冷箱內(nèi)凍堵的事故，故緊急停車時(shí)需立即關(guān)閉兩股合成氣去管網(wǎng)手閥，避免調(diào)節(jié)閥、止逆閥失效氣體反串造成的凍堵事故。

3．2開停車及正常運(yùn)行速率控制

冷箱板翅式換熱器設(shè)計(jì)緊湊，隔板、翅片較普通換熱材料薄故傳熱效率極高，但存在易損及不易修復(fù)的特點(diǎn)，故在開停車及正常運(yùn)行過程中更應(yīng)注意速率的控制。開停車過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制制冷、復(fù)熱速率，一般來說溫升溫降速率不應(yīng)超過15℃/h，同時(shí)應(yīng)特別關(guān)注換熱器端面溫差，原則上不大于50℃，但一般控制在10℃左右。另外，加減負(fù)荷方面一般按照不高于20000Nm3/h的要求，雖然不利于能耗的控制，但對(duì)換熱器的保護(hù)益處較大。

另外，根據(jù)幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，原設(shè)計(jì)要求的原料氣溫度低聯(lián)鎖、原料氣流量低聯(lián)鎖、燃料氣溫度低聯(lián)鎖等在實(shí)際運(yùn)用中達(dá)不到應(yīng)有的保護(hù)效果，反而會(huì)引起不必要的聯(lián)鎖動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)，我司通過運(yùn)行情況及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，將原料氣溫度低聯(lián)鎖由原來的－56℃改為0℃，原料氣流量聯(lián)鎖取消，燃料氣溫度低聯(lián)鎖由原來的5℃改為－5℃，在保證裝置安全可控的前提下也適應(yīng)北方氣候的特點(diǎn)。

3．3冷箱冷量平衡

液氮洗冷箱利用氮?dú)夤?jié)流制冷、板翅式換熱器回收冷量等方式進(jìn)行冷量的提供、平衡，故在正常操作中應(yīng)注意控制各股物流的冷量平衡。冷箱內(nèi)可視為絕熱操作過程，主要調(diào)整手段為控制各物流量:通過出E0432合成氣調(diào)節(jié)閥分配出E0433去低甲合成氣及出E0432去氨合成合成氣流量，控制板換端面溫差及出冷箱合成氣溫度，#大限度保證冷量回收利用;通過燃料氣放空閥調(diào)節(jié)閥控制燃料氣量，進(jìn)而影響進(jìn)入冷箱中壓氮?dú)饬�，保證進(jìn)出冷箱內(nèi)冷量平衡;一般來說冷箱設(shè)計(jì)富裕量在120～130%，故有少部分富裕冷量需通過氫氣分離罐底部導(dǎo)淋排出，建議有條件裝置可利用此部分冷量作為冷卻介質(zhì)使用，如寧夏石化液氮洗冷量回收改造效果就比較明顯。

3．4分子篩程控閥定期維護(hù)

我司分子篩程控閥采用國產(chǎn)軌道式球閥，2017年出現(xiàn)過閥門內(nèi)漏現(xiàn)象后，加大了對(duì)分子篩系列閥門的管控力度:一是各購買一個(gè)備閥以備不時(shí)之需;二是將原空心球改造為實(shí)心球，延長(zhǎng)使用壽命;三是年度大修將程控閥下線檢查。通過上述三個(gè)方式，裝置再未出現(xiàn)過因閥門故障造成的停車減產(chǎn)事故。

4結(jié)語

我公司差壓變送器為瀘天化集團(tuán)shou套液氮洗精制氨合成氣裝置，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)諸多異常工況，經(jīng)過各級(jí)生產(chǎn)技術(shù)管理人員對(duì)工藝原理和工藝流程深入研究認(rèn)真總結(jié)，解決難題數(shù)個(gè)，差壓變送器達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，氨合成停車次數(shù)大幅降低，公司的經(jīng)濟(jì)效益得到根本保障。