龔世偉,江 星,黃本波

(宜昌星興藍(lán)天科技有限公司, 湖北宜都 443311)

1 概述

宜昌星興藍(lán)天科技有限公司40萬(wàn)t/a合成氨升級(jí)改造項(xiàng)目中，氨合成裝置采用瑞士卡薩利公司的專利技術(shù)及內(nèi)件，日產(chǎn)液氨1 250 t；氣體的壓縮與循環(huán)采用蒸汽驅(qū)動(dòng)的離心式合成氣壓縮機(jī)。從新鮮氣分析合格接氣開始計(jì)時(shí)，按照40 K/h的升溫速率，從常溫升至催化劑活性溫度330 ℃以上需8 h左右。在低溫階段時(shí)，因未達(dá)到催化劑的活性溫度條件，無(wú)產(chǎn)品液氨生成。在此期間，使用氫氮?dú)馍郎貢r(shí)，單臺(tái)氣化爐70%負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)造成體積流量約為40 000 m3/h的精制氣長(zhǎng)時(shí)間放空，增加開車成本。為節(jié)省開車時(shí)間及降低成本，擬采用氮?dú)馍郎?。通過(guò)對(duì)合成氣壓縮機(jī)的運(yùn)行工況分析，模擬氮?dú)獾牟僮鳁l件，合成接氣前進(jìn)行氮?dú)馍郎?，取得了良好的?jīng)濟(jì)效益，合成氨系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 合成氨工藝系統(tǒng)流程圖

2 氮?dú)馍郎乜尚行苑治?/h2>

2.1 確定氮?dú)馍郎亓鞒碳皸l件

催化劑氮?dú)馍郎厝圆捎眯迈r氣升溫流程，但氮?dú)庋a(bǔ)充氣源則從中壓氮?dú)夤芫€進(jìn)界區(qū)處增加了一條至新鮮氣管線的專用置換或氮?dú)馍郎貧庠垂芫€，避免由液氮洗補(bǔ)充中壓氮?dú)鈺r(shí)與液氮洗接氣開車過(guò)程沖突[1]。開工加熱爐燃料氣使用天然氣。

2.2 合成氣壓縮機(jī)氮?dú)膺\(yùn)行工況分析

合成氣壓縮機(jī)是由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙缸三段離心式壓縮機(jī)。通過(guò)分析壓縮機(jī)空氣單機(jī)試車數(shù)據(jù)和廠家提供的設(shè)計(jì)資料，認(rèn)為該機(jī)組能在氮?dú)夤r下運(yùn)行。壓縮機(jī)氮?dú)膺\(yùn)行指標(biāo)見表1。

表1 合成氣壓縮機(jī)氮?dú)膺\(yùn)行工況控制指標(biāo)

2.3 開工加熱爐氮?dú)膺\(yùn)行工況分析

開工加熱爐為圓筒立式輻射型加熱爐，換熱管為螺旋盤管式，采用四管程進(jìn)出換熱，配備6臺(tái)天然氣燃燒器，主要數(shù)據(jù)見表2。

表2 開工加熱爐運(yùn)行數(shù)據(jù)表

氨合成催化劑升溫條件(7.00 MPa、20～380 ℃)與氮?dú)馍郎貤l件(2.00 MPa、20～380 ℃)的平均熱容相近；升溫時(shí)通過(guò)開工加熱爐氮?dú)怏w積流量控制在18 000～30 000 m3/h較為合適。

3 改造實(shí)施過(guò)程

根據(jù)開車時(shí)間節(jié)點(diǎn)，合成接氣升溫至催化劑活性溫度，按照40 K/h的升溫速率，需要9 h，合成氣壓縮機(jī)沖轉(zhuǎn)需要2 h。所以，在變換接氣后，合成氣壓縮機(jī)需要在進(jìn)入開車步驟前做好聯(lián)鎖試驗(yàn)，并建立凝液循環(huán)及合格的真空。沖轉(zhuǎn)合格后點(diǎn)燃開工加熱爐，對(duì)合成催化劑進(jìn)行氮?dú)馍郎亍?/p>

3.1 氮?dú)馍郎氐獨(dú)馍郎鼐唧w步驟

(1)氮?dú)庋a(bǔ)氣流程暢通，將合成氣壓縮機(jī)缸體充壓至1.50 MPa，通過(guò)出口放空控制缸體壓力。

(2)按汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)步驟開啟合成氣壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)速升至7 882 r/min。系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)維持壓縮機(jī)一段進(jìn)口壓力為0.30～1.00 MPa[2]。

(3)點(diǎn)燃一對(duì)開工加熱爐長(zhǎng)明燈及主火嘴，預(yù)熱開工加熱爐。打開開工加熱爐工藝氣進(jìn)口大閥，控制進(jìn)口體積流量18 000～30 000 m3/h。

(4)調(diào)節(jié)開工加熱爐的主火嘴天然氣壓力為0.20 MPa，控制開工加熱爐工藝氣出口溫度的升溫速率為40 K/h。

(5)合成氣壓縮機(jī)崗位控制入口壓力為0.33 MPa。當(dāng)一段進(jìn)口壓力下降時(shí)，微開氮?dú)庋a(bǔ)充閥門，循環(huán)段出口壓力通過(guò)出口放空調(diào)節(jié)閥控制在1.50～2.00 MPa。

(6)當(dāng)催化劑一床溫度升至400 ℃以上，以及開工加熱爐工藝氣出口溫度達(dá)到450 ℃時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)主火嘴天然氣壓力來(lái)控制出口溫度恒溫。通過(guò)循環(huán)將熱量往催化劑二、三床移動(dòng)，待催化劑二床溫度升至350 ℃以上時(shí)，結(jié)束升溫。

(7)液氮洗精制氣合格后，緩慢接氣置換，待床層產(chǎn)生反應(yīng)熱后減小開工加熱爐熱負(fù)荷直至主火退出，合成系統(tǒng)產(chǎn)出液氨，高中低壓氨分離器均放氨操作。

(8)根據(jù)新鮮氣壓力及放空情況，合成氣壓縮機(jī)逐步升速加量至系統(tǒng)負(fù)荷加滿，然后轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。

3.2 合成氣壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)

氮?dú)馍郎貢r(shí)，合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速維持在7 882 r/min。防喘振閥一般情況下保持全開狀態(tài)，通過(guò)一級(jí)密封氣漏氣、一段進(jìn)口補(bǔ)氣及循環(huán)段出口放空，控制合成氣壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，以及軸振動(dòng)、位移及各段出口溫度達(dá)標(biāo)(見表3)。

表3 改造后合成氣壓縮機(jī)氮?dú)膺\(yùn)行工況控制指標(biāo)

4 操作注意事項(xiàng)

(1)合成氣壓縮機(jī)缸體補(bǔ)充純氮?dú)夂?，缸體內(nèi)壓力不宜過(guò)高，一般情況下不超過(guò)2.00 MPa。若壓力較高，則應(yīng)通過(guò)出口放空進(jìn)行控制[3]。

(2)氮?dú)馍郎仄陂g，出口壓力達(dá)不到一級(jí)密封氣切換條件時(shí)不能切換。

(3)液氮洗精制氣合格后，合成接氣前必須取樣分析，接氣后應(yīng)適當(dāng)開啟放空，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行置換，確保氫氮比合格。

(4)氮?dú)馍郎刂贿m合系統(tǒng)長(zhǎng)期停車或大修后開車，以及床層溫度降至330 ℃以下時(shí)進(jìn)行。

(5)在接氣時(shí)，要注意反應(yīng)熱與開工加熱爐熱負(fù)荷之間的調(diào)整，合理分配進(jìn)塔氣量。

(6)當(dāng)床層產(chǎn)生反應(yīng)熱后，監(jiān)控氨冷溫度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其上漲時(shí)，緩慢投用氨冷器，并對(duì)高壓、中壓、低壓氨分離器進(jìn)行放氨操作。

5 經(jīng)濟(jì)效益

合成系統(tǒng)冷態(tài)開車采用氮?dú)馍郎氐姆椒ǎ崆皩?duì)合成催化劑進(jìn)行升溫，節(jié)省開車放空時(shí)間，使得精制氣合格后迅速接氣產(chǎn)氨，避免新鮮氣長(zhǎng)時(shí)間放空。按照氣化爐70%負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，新鮮氣放空會(huì)損失約26.2 t/h的液氨產(chǎn)量，提前8 h完成開車，節(jié)約開車成本為102.28萬(wàn)元[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合氨合成催化劑氮?dú)馍郎氐难芯浚捎玫獨(dú)馍郎氐姆椒ㄇ袑?shí)可行，不僅降低開車成本，而且為后期合成系統(tǒng)冷態(tài)開車提供了實(shí)際參考數(shù)據(jù)。