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，對工藝操作、設備維護要求較高，本文就我公司差壓變送器出現的問(wèn)題及正常維護相關(guān)工作進(jìn)行分享。

寧夏和寧化學(xué)有限公司一期項目是以煤為原料，年產(chǎn)40萬(wàn)噸合成氨、20萬(wàn)噸甲醇、70萬(wàn)噸尿素項目，其中氨合成氣精制工序采用杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司設計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達到3∶1，以滿(mǎn)足氨合成工藝要求，我公司差壓變送器自2014年開(kāi)車(chē)以來(lái)出現了各類(lèi)問(wèn)題，現就幾個(gè)突出問(wèn)題進(jìn)行分享。

1液氮洗工藝簡(jiǎn)述

差壓變送器由分子篩、三臺板翅式換熱器、氮洗塔、氫氣分離罐等設備構成，工藝流程圖見(jiàn)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(guò)三臺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，達到合成氣中CO+CO2含量小于16mg/Nm3的要求，同時(shí)通過(guò)洗滌氮、粗配氮、精配氮三種方式將合成氣中H2與N2比例調節至3∶1。

2差壓變送器主要存在的問(wèn)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，運行周期為20.46h，運行五年效果基本穩定。分子篩程控閥屬于重要常用閥門(mén)，采用上海宏盛軌道球閥，因分子篩系統程控閥未定期進(jìn)行維護保養，2017年10月，分子篩B套復熱氮氣入口程控閥KV4106內漏，－56℃低溫氫氣串入常溫氮氣管道，管道測量#低溫度達到了－18℃，因存在“氫脆”管道破裂風(fēng)險，合成氨系統被迫停車(chē)2天檢修，造成極大的經(jīng)濟損失。

2．2冷箱堵塞

我公司冷箱內采用板翅式鋁制換熱器，換熱效果好，但換熱翅片通道小，操作維護不當易造成堵塞，曾經(jīng)出現過(guò)兩次換熱器堵塞停車(chē)事故。2015年3月20日低溫甲醇洗熱再生塔冷凝系統壓差逐漸升高，系統復熱頻繁(#高達到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(kāi)始上升;4月21日其前、后壓差達到400kPa，系統無(wú)法維持負荷，液氮洗停車(chē)復熱處理;4月24日拆除原料氣進(jìn)冷箱第二道過(guò)濾器時(shí)發(fā)現大量白色結晶物質(zhì)堵塞，該白色結晶物質(zhì)在常溫下自然分解，后經(jīng)分析為銨鹽(碳酸銨、碳酸氫銨)。利用中壓氮氣反吹冷箱板式換熱器，吹出大量含氨氣體，冷箱整體吹掃復熱至0℃以上，恢復開(kāi)車(chē)后運行正常。

2015年5月25日系統大幅波動(dòng)，熱再生塔冷凝系統氨冷器復熱頻繁，氣量穩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甲醇中氨含量在1%，將分離罐內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，系統停車(chē)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，連續吹掃16h后，分析氣體中氨含量為100mg/Nm3，CO2含量為3mg/Nm3，系統恢復開(kāi)車(chē)后運行正常。

后續停車(chē)檢修時(shí)發(fā)現變換洗滌塔塔盤(pán)基本損壞，無(wú)法起到洗滌氨的作用，印證大量氨帶入系統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(guò)幾年的運行經(jīng)驗，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，我公司板換出現過(guò)三次泄漏，對裝置正常運行造成了極大的影響。2014年原始開(kāi)車(chē)以來(lái)，冷箱下部東西側長(cháng)期存在掛霜現象(東側較為明顯、西側僅冬季出現)，由于漏量沒(méi)有擴展觀(guān)察運行。2018年5月，因外網(wǎng)電網(wǎng)晃電全系統跳車(chē)，冷箱恢復導入原料氣過(guò)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;現場(chǎng)發(fā)現冷箱底板及頂部呼吸閥外噴珠光砂，冷箱中下部殼體開(kāi)始掛霜。停車(chē)扒砂檢查發(fā)現2#原料氣冷卻器E0434循環(huán)氫通道及中壓氮氣翅片裂開(kāi)(見(jiàn)圖2)，當時(shí)采取外部補焊方式修復(見(jiàn)圖3)，開(kāi)車(chē)后運行正常，本次冷箱檢修耗時(shí)約12天。

2019年1月，全系統停車(chē)，冷箱減負荷過(guò)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;現場(chǎng)發(fā)現冷箱底板及頂部呼吸閥外噴珠光砂，冷箱中下部殼體開(kāi)始掛霜。停車(chē)扒砂檢查2#原料氣冷卻器E0434再次出現泄漏，中壓氮氣、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(kāi)(見(jiàn)圖4)，且2018年5月外部補焊裂紋也再度裂開(kāi)(見(jiàn)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(kāi)車(chē)后運行正常，本次冷箱檢修耗時(shí)約18天。

2019年5月，全系統停車(chē)大修，停車(chē)過(guò)程未發(fā)現問(wèn)題，但扒砂后檢查2#原料氣冷卻器E0434，發(fā)現換熱翅片又出現新的裂紋，更換新設備后開(kāi)車(chē)運行正常。

3差壓變送器維護

3．1嚴格控制氣體指標液氮洗屬于深冷裝置，#低點(diǎn)溫度可達－198℃，堵塞一般都是高沸點(diǎn)介質(zhì)冰凍所致(見(jiàn)表1)，若發(fā)生堵塞只能通過(guò)氮氣復熱方能解決問(wèn)題，但會(huì )造成較大的經(jīng)濟損失。

正常生產(chǎn)過(guò)程中，操作人員應重點(diǎn)監控原料氣內CO2、CH3OH含量及1#、2#原料氣換熱器前后壓差。一般來(lái)說(shuō)，控制進(jìn)入分子篩前原料氣中CO2含量應小于10mg/Nm3，CH3OH含量應小于25mg/Nm3，分子篩出口CO2含量應小于2mg/Nm3，CH3OH應全部被分子篩吸附，故分子篩吸附效果監測應定期進(jìn)行，當分子篩進(jìn)入解析后期時(shí)取樣再生氮氣中CO2及CH3OH含量，可有效監測分子篩吸附、再生效果。

冷箱開(kāi)車(chē)過(guò)程中，需重點(diǎn)監測置換氮氣中CO2及露點(diǎn)數據，一般來(lái)說(shuō)，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，當置換氣中氮氣純度≥99．5%，露點(diǎn)＜－50℃時(shí)，方可進(jìn)行冷箱氮氣冷卻積液工作。

冷箱緊急停車(chē)保冷保壓過(guò)程中，須特別注意未經(jīng)過(guò)分子篩吸附的原料氣反串至冷箱內，我司曾出現過(guò)一次未及時(shí)關(guān)閉界區手閥原料氣反串至冷箱內凍堵的事故，故緊急停車(chē)時(shí)需立即關(guān)閉兩股合成氣去管網(wǎng)手閥，避免調節閥、止逆閥失效氣體反串造成的凍堵事故。

3．2開(kāi)停車(chē)及正常運行速率控制

冷箱板翅式換熱器設計緊湊，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的特點(diǎn)，故在開(kāi)停車(chē)及正常運行過(guò)程中更應注意速率的控制。開(kāi)停車(chē)過(guò)程中，應嚴格控制制冷、復熱速率，一般來(lái)說(shuō)溫升溫降速率不應超過(guò)15℃/h，同時(shí)應特別關(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，但對換熱器的保護益處較大。

另外，根據幾年的運行經(jīng)驗，原設計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)際運用中達不到應有的保護效果，反而會(huì )引起不必要的聯(lián)鎖動(dòng)作風(fēng)險，我司通過(guò)運行情況及相關(guān)數據分析，將原料氣溫度低聯(lián)鎖由原來(lái)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(lái)的5℃改為－5℃，在保證裝置安全可控的前提下也適應北方氣候的特點(diǎn)。

3．3冷箱冷量平衡

液氮洗冷箱利用氮氣節流制冷、板翅式換熱器回收冷量等方式進(jìn)行冷量的提供、平衡，故在正常操作中應注意控制各股物流的冷量平衡。冷箱內可視為絕熱操作過(guò)程，主要調整手段為控制各物流量:通過(guò)出E0432合成氣調節閥分配出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(guò)燃料氣放空閥調節閥控制燃料氣量，進(jìn)而影響進(jìn)入冷箱中壓氮氣量，保證進(jìn)出冷箱內冷量平衡;一般來(lái)說(shuō)冷箱設計富裕量在120～130%，故有少部分富裕冷量需通過(guò)氫氣分離罐底部導淋排出，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

我司分子篩程控閥采用國產(chǎn)軌道式球閥，2017年出現過(guò)閥門(mén)內漏現象后，加大了對分子篩系列閥門(mén)的管控力度:一是各購買(mǎi)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(cháng)使用壽命;三是年度大修將程控閥下線(xiàn)檢查。通過(guò)上述三個(gè)方式，裝置再未出現過(guò)因閥門(mén)故障造成的停車(chē)減產(chǎn)事故。

4結語(yǔ)

我公司差壓變送器為瀘天化集團shou套液氮洗精制氨合成氣裝置，在運行過(guò)程中出現諸多異常工況，經(jīng)過(guò)各級生產(chǎn)技術(shù)管理人員對工藝原理和工藝流程深入研究認真總結，解決難題數個(gè)，差壓變送器達到穩定運行，氨合成停車(chē)次數大幅降低，公司的經(jīng)濟效益得到根本保障。