DN2400氨合成節(jié)能裝置設(shè)計施工運行總結(jié)

許亮明

（河北陽煤正元化工集團有限公司，河北石家莊 050061）

正元公司自主研發(fā)設(shè)計的DN2400氨合成裝置于2011年10月份一次開車成功，第二臺DN2400合成塔內(nèi)件用于陽煤集團和順化工有限公司18·30項目，目前正在調(diào)試試車。

2008年我公司就在正元化肥150kt／a醇氨綜合節(jié)能技改項目中開始了22.0MPa、DN2400大型氨合成塔的開發(fā)與設(shè)計，并開發(fā)成功了JR型DN2400氨合成內(nèi)件及配套節(jié)能工藝，于2010年4月份與陽煤集團和順化工有限公司簽訂了18·30尿素項目氨合成工藝軟件包合同，由山東省化工設(shè)計院提供施工圖設(shè)計。2009年底正元化肥DN2400氨合成裝置正式由河北正元化工工程設(shè)計有限公司開始各專業(yè)施工圖設(shè)計，于2010年6月份完成了設(shè)備、工藝、土建、電氣自控等各專業(yè)施工圖設(shè)計；2010年7月份土建工程開工，由山西宏廈三建承接土建工程。六臺多層包扎高壓設(shè)備、四臺高壓換熱器、四臺高壓蒸發(fā)式冷卻器、一臺氨合成塔內(nèi)件等設(shè)備均由正元塔器公司制作；安裝工程由十三化建承接。2011年11月份開始試生產(chǎn)至今，運行非常好，各項指標完全達到了要求?，F(xiàn)就設(shè)計、施工及開車運行等各過程作一總結(jié)。

1 開發(fā)設(shè)計

我公司在成功設(shè)計制造幾百臺JR合成塔內(nèi)件的基礎(chǔ)上，開始了低壓大氨合成塔內(nèi)件的開發(fā)與設(shè)計工作，方案技術(shù)研發(fā)準備充分，通過了陽煤化工局組織的專家論證，得到與會代表的一致好評。該項目在國家重點項目正元化肥150kt／a醇氨節(jié)能項目上正式實施。實踐證明，一進一出合成塔內(nèi)件并配套節(jié)能工藝流程是非常成功的，該技術(shù)得到了陽煤集團領(lǐng)導的高度贊揚并準備進一步推廣。本裝置中采用的主要工藝技術(shù)有以下。

（1）采用了提溫型一進一出工藝，水冷器進口溫度低于60℃，氨合成反應熱利用率高達85%以上，冷卻水負荷大大減小。

（2）采用雙廢鍋流程逐級回收余熱。1＃廢熱回收器噸氨副產(chǎn)500～600kg的2.5MPa中壓蒸汽；2＃廢熱回收器噸氨副產(chǎn)500～600kg 0.4MPa的低壓蒸汽，低壓蒸汽部分供溴化鋰制冷機組制低溫水，多余的蒸汽可間接換熱加熱變換循環(huán)水。

（3）選擇合適的入合成塔氣體溫度。這樣降低合成塔材料要求和制作難度，降低設(shè)備制造費用，增加裝置運行的可靠性和安全性。

（4）應用溴化鋰制冷技術(shù)。將二廢鍋回收的低壓蒸汽轉(zhuǎn)化為低溫水，用于循環(huán)反應氣體中氨的冷凝，降低冰機電耗。

（5）設(shè)置雙冷交，逐級回收冷量。

（6）氨合成塔采用四段絕熱反應，段間以間接換熱為主，氨凈值高；催化劑框為一段軸向三段徑向，有效降低了合成塔阻力；氨合成塔外筒采用縮口結(jié)構(gòu)，降低外筒造價，確保大蓋的密封性能。氨合成塔與廢鍋采用直連結(jié)構(gòu)，取消了氨合成塔出口高溫管道，降低了投資，運行安全可靠。

（7）由傳統(tǒng)水冷排改為自己開發(fā)的高效蒸發(fā)式冷凝器。

（8）管道設(shè)計采用浙工大大管徑管件企業(yè)標準，合成塔出口至一廢鍋直連口為PN220、DN450口徑，廢鍋出口等主管徑為DN350。

（9）工藝流程中4根調(diào)溫副線均設(shè)計了調(diào)節(jié)閥及流量計，系統(tǒng)近路設(shè)計了自調(diào)閥，便于實現(xiàn)遠距離程控及定量調(diào)節(jié)。

（10）循環(huán)機進出口閥門PN220、DN250，選用了電動渦輪傳動閥門。

（11）DCS系統(tǒng)接至中央控制室。

（12）去掉了塔內(nèi)電爐，設(shè)計了開工加熱爐，燃料氣采用脫碳出口氣。

（13）廢鍋一采用彈簧鞍座。

（14）循環(huán)機進出總管采用PN220、DN350系列，加大緩沖，從設(shè)計上減小振動。

2 工藝流程（圖1）

圖1 工藝流程示意

3 主要設(shè)備選型

3.1 氨合成塔

采用正元塔器開發(fā)的JR型內(nèi)件，裝填A301、A110催化劑，裝填量42m3，補氣量為86 240m3／h，循環(huán)氣量按340 323m3／h設(shè)計，進塔氣量為420 336m3／h，空速取9 000h－1。選DN2400塔，凈空為22 000mm。催化劑使用壽命按5a設(shè)計。循環(huán)機進氣量為420 336m3／h，考慮到升溫還原并留有余量，故選用2臺24m3／min循環(huán)機，1臺18m3／min循環(huán)機，正常生產(chǎn)開二備一。

3.2 設(shè)備一覽表（表1）

4 安裝開車過程

（1）采用高壓管道工廠化預制，節(jié)省了材料及安裝施工成本，減少了焊道。

（2）高壓大口徑管道的固定采用防振型木鞍支架，緩解循環(huán)機出口管道振動問題。

表1 設(shè)備一覽表

（3）對于放氨管線的彎頭，采用大曲率半徑彎頭。

（4）合成塔設(shè)計采用低框架，節(jié)省了土建投資，合成塔安裝采用兩臺350t吊車吊裝。

（5）設(shè)備檢修及操作平臺進行人性化設(shè)計安裝。對于端部有兩個進口的高壓設(shè)備配管，增加可拆法蘭，以利于檢修。

（6）安裝試壓過程中，將合成塔大蓋鋁墊改成石墨墊，解決不好密封的問題。

（7）設(shè)備、管道安裝施工中，高壓螺栓采用電動扳手緊固，受力均勻，保證了順利開車。

（8）2011年9月26日合成塔內(nèi)件吊裝完成；10月4日至10月24日進行了系統(tǒng)吹除；10月24日至27日催化劑裝填；10月27日至11月24日循環(huán)機等運轉(zhuǎn)設(shè)備試車；11月4日至11月11日開工加熱爐升溫烘爐；11月14日系統(tǒng)氮氫氣置換；11月24日15：00系統(tǒng)充壓，升溫還原；12月5日輕負荷生產(chǎn)。12月13日全部負荷加滿，停三套DN1000老系統(tǒng)合成裝置。

（9）開車生產(chǎn)人員及早介入項目安裝，有問題及時處理，保證項目開車時間。

（10）充分發(fā)揮監(jiān)理公司的職責，嚴把質(zhì)量關(guān)。

（11）嚴把催化劑升溫還原關(guān)，催化劑吹除要合格。該裝置升溫還原共用203h，還原結(jié)束時水汽濃度分析要連續(xù)低于0.02g／m3。還原壓力在各個階段要逐步升高。循環(huán)氫控制＞70%。

5 裝置運行情況

合成催化劑升溫還原于2011年11月24日21：59開始，12月3日8：00結(jié)束，升溫還原共計203h。從還原溫度、壓力、水氣濃度以及初運行催化床層溫度分布情況（表2）可以看出，升溫還原徹底，軸向溫差小、氣體分布均勻，氨凈值高，效果良好。

表2 初始運行床層溫度 ℃

升溫還原結(jié)束后，并入生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力11～12MPa，新鮮氣流量31 460m3／h，開一臺24m3／h循環(huán)機。一段熱點480±3℃；二段熱點475±3℃；三段熱點470±3℃，四段熱點455 ±3℃。運行數(shù)據(jù)如表3。

表3 運行數(shù)據(jù)（12月6日） ℃

在系統(tǒng)壓力17.2MPa，開一臺24m3／h和一臺18m3／h循環(huán)機的情況下。12月14日催化劑溫度分布如表4。

表4 12月14日催化劑溫度分布 ℃

15日調(diào)整后的數(shù)據(jù)如表5。

表5 調(diào)整后催化床層溫度 ℃

2011年12月13日原三套DN1000合成系統(tǒng)停運，負荷全部加至DN2400合成系統(tǒng)。同投運前相比，在開機數(shù)（30機）不變的情況下，總氨（氨醇）產(chǎn)量平均達到662t／d，合成氨產(chǎn)量平均達到512t／d，同時噸氨煤耗降低13kg，電耗下降130kW·h。總氨較投運前增加29t／d，較上年同期增加35t／d；合成氨產(chǎn)量較投運前增加39t／d，較上年同期增加82t／d。系統(tǒng)壓力由27MPa降至16MPa；系統(tǒng)壓差由2.5MPa降至0.75MPa，合成塔進出口壓差由1.0MPa降至0.2MPa。