變換系統阻力升高原因分析及解決措施

張洋洋，王亞樂，孫 帥

（河南心連心化肥有限公司，河南新鄉 453731）

合成氨、尿素

變換系統阻力升高原因分析及解決措施

張洋洋，王亞樂，孫 帥

（河南心連心化肥有限公司，河南新鄉 453731）

針對變換工段阻力升高的現象，分析可能造成此現象的原因并提出解決措施，改造效果良好。

變換工段；阻力；措施

0 引 言

我公司變換裝置采用2.4 MPa全低變工藝。前、后熱交換器主要用于提高半水煤氣溫度、降低變換氣溫度。其中半水煤氣通過前熱交換器殼程、后熱交換器管程，變換氣通過后熱交換器殼程、前熱交換器管程。

變換工段阻力升高會導致：①壓縮機功耗增加，打氣量下降；②換熱器列管堵塞，催化劑活性降低；③換熱設備負荷重，為提高變換爐進口溫度，只能通過增大蒸汽加入量，從而導致蒸汽消耗增加。

1 現 狀

自2006年開車以來至2012年11月系統阻力一直維持在80 kPa以下，2012年12月6日系統短停一天，7號開車以后崗位操作人員發現系統阻力開始上升。短短一個月的時間內阻力由80 kPa上升至160 kPa，而后一直緩慢上升。2013年9月上升至364 kPa，停車清洗前、后熱交換器，阻力下降至138 kPa，而后隨生產周期延長阻力又開始緩慢上升。變換系統阻力變化趨勢如圖1所示（13年9月份前有下降趨勢的部分為調整生產負荷所致）。

圖1 變換系統阻力

2 原因分析

通過在線監測數據發現，導致系統阻力升高的原因主要是前熱交換器煤氣阻力上升。前熱交換器煤氣阻力上升的原因分析如下。

2.1 蒸汽中硅酸鹽含量超標

由于阻力是在系統短停一天重新開車以后開始上升的，且短停后開車過程中變換爐加蒸汽來源與以往稍有變動，故懷疑蒸汽品質有問題。二氧化硅能微量溶解于蒸汽和水中，當溫度升高，溶解的量增大，當溫度降低，溶解的硅又會析出。

通過統計分析2012年12月蒸汽中SiO2含量發現，并無規律可循，故暫且排除蒸汽品質問題。

2.2 前工段煤氣中粉塵顆粒和煤焦油清洗不徹底

進入冬季以后半脫工段為了提高溶液溫度，半水煤氣不再走冷卻清洗塔下段而直接進入脫硫塔，這樣以來煤氣除塵效果必定降低。另外半脫靜電除焦器效果差也是一方面原因［1］。

2.3 其它原因

從理論上來講，換熱器結垢的原因有：類結晶結垢、粒結垢、化學反應結垢、腐蝕結垢、生物結垢、凝同結垢。

結合工段實際情況，引起前熱交換器阻力升高的原因還可能是：除油劑粉化帶入前后熱交、變換爐觸媒部門粉末倒入熱交［2］。

3 解決措施及效果

3.1 清洗前、后熱交換器

根據在線監控數據，阻力大的部分主要是半水煤氣阻力，因此主要清洗前熱交換器殼程和后熱交換器管程，清洗流程簡圖如圖2所示。其污垢組分主要是煤焦油、集碳混合垢，另外結合設備材質，清洗劑選用離子膜氫氧化鈉、磷酸三鈉，利用清洗液與煤焦油進行皂化反應，同時投加表面活性劑以提高滲透和除污效果。為了測取堿洗液中對設備材質的腐蝕速率，從清洗液加入時起，在配堿槽中懸掛兩片不銹鋼和碳鋼掛片，以檢測整個清洗過程中的腐蝕速率［3］。

圖2 清洗流程圖

從圖2可以看出，2013年9月清洗后系統阻力下降至138 kPa，而后隨生產周期延長阻力又開始緩慢上升。可見清洗后有明顯效果，但并不能從根本上解決系統阻力升高的問題。

3.2 改變氣體走向并更換前熱交換器

清洗兩換熱器時，打開設備后發現前熱交換器內部結垢、腐蝕嚴重，清洗以后設備材質大大受損，所以為裝置長期穩定運行考慮更換前熱交換器。

由于我公司是煤頭制氣，制得的半水煤氣中含有一定量的煤焦油、粉塵等雜質，同時由于壓縮機使用潤滑油且排油不力也會使氣體中夾帶出一部分油，從而導致進入變換工段的氣體中雜質較多，而且列管式換熱器殼程不易清洗，決定改變氣體走向，使半水煤氣通過前熱交換器管程、較為清潔的變換氣通過殼程。管殼程介質對換以后，殼程流量變大、管程流量變小，原換熱器尺寸已不能滿足工藝所需換熱效果，因此新換熱器將重新設計加大換熱面積［4］。

改造前后相關數據對比如表1所示（數據基于相同生產負荷下）。

表1 改造前后數據對比

由上表可以看出：改變氣體走向并更換潛熱交換器以后系統阻力穩定在68 kPa左右，前熱交出口煤氣溫度及變換爐進口煤氣溫度均有大幅提高，換熱效率大幅提升。

3.3 加大前工段除塵、除油力度

清洗或更換設備都只能暫時性的降低變換系統的阻力，而不能從根本上解決問題。要想從根本上阻止變換系統阻力上升，還要加大前工段除油力度。具體舉措有：在半水煤氣脫硫工段增加一臺靜電除焦器、加強壓縮機排油、加強變換絲網過濾器、除油劑爐排油［5］。

［1］張愛民.變換工序阻力升高的原因與對策［J］.大氮肥，1996，19（5）：345－347.

［2］丁志表.變換裝置阻力升高的原因分析與處理［J］.化工設計通訊，2011，37（1）：34－35.

［3］倪建萍.列管式換熱器的結垢原因和清洗方法［J］.浙江化工，2007，38（9）：19－20.

［4］宋孝勇，韓粉女，丁建飛.化工原理課程設計［M］.華東理工大學出版社，2011：15－32.

［5］鐘啟前，丁明濱.粗煤氣變換工段除塵系統的改造［J］.煤化工，2006，（2）：40－41.

Causes Analysis and Solving Measures of Conversion Section Increased Resistance

Zhang Yang-yang,Wang Ya-le,Sun Shuai
（Henan Xin Lian Xin Fertilizer CO.，LTD.Henan Xinxiang 453731 China）

In view of conversion section increased resistance，the possible reasons of this phenomenon and solving measures are analysed.

conversion section；increased resistance；measures

TQ113.26＋4.2

B

1003-6490（2015）04-0001-02

2015－01－18

張洋洋（1986－），女，漢族，南省新鄉市封丘縣人，助理工程師，主要從事合成氨生產系統節能減排新技術開發和引進工作。