氣體凈化裝置存在的問題分析及應對措施

劉希盛

（甘肅劉化（集團）有限責任公司，甘肅永靖 731603）

氣體凈化裝置存在的問題分析及應對措施

劉希盛

（甘肅劉化（集團）有限責任公司，甘肅永靖 731603）

甘肅劉化（集團）有限責任公司20萬t/a合成氨氣體凈化裝置，經過近四年的運行，到2013年4月開始出現低變廢鍋產汽量下降，溶液再生度上升，吸收塔出口氣質超標等問題，通過原因分析和采取針對措施，解決了存在的問題，使凈化裝置恢復了高負荷生產。

低變廢鍋結垢；化學清洗；CO2水冷器泄漏；閃蒸槽除沫網

甘肅劉化（集團）有限責任公司（簡稱劉化）2009年選用俄羅斯TanDem天然氣換熱轉化技術，新建20萬t/a合成氨天然氣轉化裝置，配套建設20萬t/a合成氨氣體凈化裝置，對現有合成氨裝置進行技術改造。2009年4月7日天然氣轉化裝置點火升溫開車，4月26日供出合格的凈化氣。4a來系統運行平穩，到2013年4月開始，凈化裝置出現：低變廢鍋產汽量逐漸下降；半貧液再生度上升；閃蒸槽各段溫差逐漸減小；吸收塔出口氣CO2含量上升等問題。

1 流程說明

天然氣轉化工段來的轉化氣壓力為2.9MPa（G），溫度為330～360℃，其中含CO 13.3%左右，進入高溫變換爐（D0201），在高變觸媒作用下進行變換反應，高變爐出口氣溫度約430℃，其CO含量降至3.5%以下。然后依次進入甲烷化預熱器（C0201），高變廢鍋（C0203）和高變氣鍋爐給水預熱器（C0204）回收熱量，溫度降低到約200℃，進入裝有銅觸媒的低溫變換爐（D0202）進一步發生變換反應，低變爐出口氣溫度約219℃，其CO含量降至0.3%以下，然后送往脫碳工序。

來自低溫變換工序的低變氣壓力為2.73 MPa（G），溫度為219℃，經低變氣廢鍋（C0301），CO2再生塔再沸器（C0302），低變氣/脫鹽水換熱器（C0303）回收熱量后，溫度降低到約105℃，然后經低變氣水冷器冷卻至81℃，在低變氣分離器（F0301a）中將工藝冷凝液分離下來，工藝冷凝液經工藝冷凝液泵（J0304a，b）加壓后去中壓蒸汽汽提裝置。分離工藝冷凝液后的低變氣進入CO2吸收塔（E0301）底部，吸收塔分為上塔和下塔兩部分，總共安裝有四個填料床層。低變氣首先在下塔的兩個填料層中與半貧液逆流接觸，大部分CO2被吸收，然后進入上塔與貧液逆流接觸，從塔頂出來的脫碳氣中CO2含量降至0.3%以下，壓力2.62MPa（G），溫度70℃，經凈化氣分離器（F0301b）送往甲烷化工序。

來自脫碳工序的脫碳氣壓力為2.62MPa（G），溫度為70℃，含CO+CO2＜0.7%，經甲烷化進出口換熱器（C0202）和甲烷化預熱器（C0201）預熱后，進入甲烷化爐（D0203），在甲烷化催化劑作用下，發生甲烷化反應，使CO+CO2降至20×10-6以下，經甲烷化進出口換熱器回收熱量后，入甲烷化水冷器（C0205）冷卻到40℃以下，然后在甲烷化氣分離器（F0201）中將冷凝液分離，合格甲烷化氣送往合成壓縮工序。

CO2吸收塔底部排出的114℃熱鉀堿溶液富液經水力透平（J0302bHT）回收能量后，進入CO2再生塔（E0302）上部，水力透平回收的動力用于提供半貧液泵（J0302b）運轉所需的部分動力。在CO2再生塔上段，經閃蒸、蒸汽汽提，富液中溶解的CO2被部分再生出來，形成半貧液。大部分半貧液被抽出，在閃蒸槽（F0302）中減壓閃蒸后，通過半貧液泵（J0302a，b，c）送回到CO2吸收塔下段頂部循環使用。半貧液閃蒸氣通過蒸汽噴射器與引射蒸汽一道回到CO2再生塔上段的底部，引射蒸汽由低變氣廢鍋（C0301）產生。未被抽出的半貧液在CO2再生塔的下段進一步再生，成為貧液，在貧液水冷器（C0306）中冷卻至70℃，經貧液泵（J0301a，b）加壓送至CO2吸收塔上段頂部循環使用。

CO2再生塔頂出來的壓力0.08 MPa（G），溫度99 ℃的再生氣，經CO2再生塔頂冷卻器Ⅰ（C0307）及CO2再生塔頂冷卻器Ⅱ（C0305）冷卻到40℃，在CO2分離器（01S0303）中分離冷凝液后作為產品二氧化碳送往尿素車間。

CO2分離器中分離下來的冷凝液經CO2再生塔冷凝液泵（J0303a，b）升壓后送低變氣廢鍋使用。

2 問題及原因分析

2.1 出現問題具體情況

凈化裝置從2013年4月份開始出現問題，運行至8月份時，各項工藝參數已經嚴重偏離正常參數，3月份與8月份運行數據對比見表1。

表1 凈化裝置三月份與八月份運行數據

低變廢鍋產汽量下降較多，為了保證再生熱量的供給，從減溫減壓裝置補充一部分蒸汽與低變廢鍋蒸汽一同進再生塔，以維持生產。

2.2 原因分析

從低變廢鍋產汽量逐步下降，低變廢鍋排液管線排放不暢，熱量整體后移，入吸收塔溫度上升較多等情況，判斷低變廢鍋有結垢的情況。低變廢鍋補水為CO2冷凝液，在正常情況下，CO2冷凝液中并無結垢物質，但8月21日分析CO2冷凝液中組分，結果為：二氧化硅725ug/L，硬度1.2mmol/L，pH6.4，氯根20mg/L。從冷凝液分析看，結垢物質存在，判斷CO2冷卻器列管可能泄漏。CO2冷卻器列管泄漏情況下，因循環水壓為0.25MPa，CO2氣體壓力為0.090MPa，不可避免循環水會漏入CO2冷凝液中，造成冷凝液中硬度和二氧化硅的升高。

影響溶液再生度的原因，除再生熱量不足外，與閃蒸槽的運行情況也有很大關系，不同時間、不同負荷下閃蒸槽運行情況見表2。

表2 凈化裝置閃蒸槽運行數據

從閃蒸槽各段溫度情況可以看出，2013年8月，閃蒸槽蒸汽噴射器運行情況不好，抽射能力下降，閃蒸氣不能充分抽射入再生塔，閃蒸槽各段真空度降低，影響到溶液再生度降低。經過分析，認為閃蒸槽各段閃蒸氣入噴射器絲網有堵塞現象，造成再生度下降。

3 應對措施

2013年8月14日，利用停車機會對低變廢鍋進行了化學清洗，但因為對低變廢鍋結垢情況認識不足，清洗中循環泵流量太小（50m3/h），清洗臨時管線小，清洗時間短，清洗后效果不佳。2013年11月中旬，利用天然氣限氣的機會，對凈化裝置進行了徹底檢修，消除了存在問題。

3.1 低變廢鍋化學清洗

對低變廢鍋內垢樣進行化學分析，結果如下：有機物8.04%，氧化鈣34.18%，氧化鎂7.37%，碳酸鹽30.96%，硅酸鹽0.35%，其它19.1%。根據垢樣分析和首次清洗經驗，確定本次清洗選用流量為160m3/h、揚程為50m的循環泵進行清洗，清洗保有水量32m3。對清洗流程進行優化：將低變廢鍋排污口由DN100mm擴為DN150mm，利用蒸汽出口管增加頂部DN300mm清洗循環管，形成兩路進液，一路為DN100mm廢鍋進水口，一路為DN150mm排污口；三路出液：兩路DN80mm頂部檢查口，一路DN300mm蒸汽出口。清洗過程中可正反向切換。

2013年11月10日至13日完成了臨時管線的配管工作，14日進入水沖洗消漏，下午14：50開始堿洗，堿洗是因為油脂成分妨礙酸洗過程中清洗液與水垢的接觸，所以酸洗前用堿洗去除被清洗金屬表面的油脂和部分硅化物，改善被清洗表面潤濕性和松動某些致密的垢層，給下一步酸洗創造有利條件。同時對于不能用酸洗去掉的硬質水垢（如硫酸鹽垢、硅酸鹽等），通過在較高溫度下，與堿液作用發生轉化反應，使老垢疏松或脫落。堿洗過程中控制指標見表3。

表3 堿洗過程中控制指標

11月15日13：00，連續兩次測得堿濃度絕對差值小于0.2%，堿洗過程結束，轉入水沖洗。11月15日17：30進入第一次酸洗階段。因低變廢鍋為不銹鋼材料，本次酸洗采用硝酸清洗。第一次酸洗過程中控制指標見表4。

表4 第一次酸洗過程中控制指標

11月16日8：00，第一次酸洗結束，進入水沖洗。14：00打開頂部、底部檢查口，對清洗效果進行檢查，發現檢查口部位垢層已經清洗干凈，內部列管仍然有部分水垢。按照擬定的方案，21：30進入第二次酸洗，第二次酸洗過程中控制指標見表5。

表5 第二次酸洗過程中控制指標

11月17日9：00第二次酸洗結束，進行水沖洗。水沖洗結束后進行檢查，第一次檢查中發現的列管中殘存的垢層，經過第二次酸洗大部分已清洗掉，在靠近管板部位，仍有一部分未清洗干凈，從總體情況估計，污垢除凈率在85%以上。經檢測，酸洗過程腐蝕指示掛片金屬平均腐蝕速度為0.08g/ m2·h，小于4g/m2·h；腐蝕總量1.0 g/m2，小于24 g/m2，符合清洗質量要求。

3.2 閃蒸槽除沫網更換

檢修中拆除了閃蒸槽四段的除沫網進行檢查，發現除沫網中夾雜了許多雜質，并且粘連在一起結為硬塊，雜質主要是溶液的結晶、鐵屑、銹垢等。說明除沫網阻力增大到一定程度，就會影響到閃蒸氣在蒸汽噴射器內的順利帶出，進而影響到溶液再生度。

3.3 CO2冷卻器查漏

停車后，對一級、二級CO2冷卻器進行了查漏工作。封堵CO2冷卻器氣相通道，自CO2冷凝液槽加脫鹽水充滿一級、二級CO2冷卻器，保持壓力0.1MPa，發現一級CO2冷卻器泄漏一根，二級CO2冷卻器泄漏23根，大部分為管板與列管焊縫部位漏，其中二級CO2冷卻器有一根列管泄漏較大，估計列管破裂。低變廢鍋結垢原因就是一級、二級CO2冷卻器列管泄漏，循環水漏入CO2冷凝液中導致。

4 處理后效果

凈化裝置經過檢修處理后，運行情況大為改觀，檢修前后運行情況見表6，閃蒸槽檢修前后運行情況見表7。

表6 凈化裝置檢修前后運行數據

表7 凈化裝置閃蒸槽檢修前后運行數據

從以上數據來看，閃蒸槽原來溫差為6.6℃，檢修后溫差達到11.1℃，吸收塔出口二氧化碳含量檢修后一直維持在600×10-6左右，廢鍋加水量正常維持在20 m3/h左右，最高可達到28 m3/h。說明本次凈化的檢修處理非常成功。

5 結語

通過對凈化裝置脫碳系統存在的問題的處理，我公司加強了CO2冷凝液的分析，每周對CO2冷凝液硬度、pH值分析一次，以便及時發現CO2冷卻器的泄漏，防止CO2冷卻器泄漏后未及時發現，造成低變廢鍋列管結垢。檢修后CO2冷凝液分析為：硬度4.4umol/L，pH6.2，氯根4.6mg/L。另外閃蒸槽除沫網應在運行3a左右后，根據閃蒸槽各段溫度情況進行檢查更換。

[1]汪壽建.天然氣綜合利用技術[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]沈俊.合成氨[M].北京：化學工業出版社，2001.

Gas Purification Device Problems Analysis and Countermeasures

Liu Xi-sheng

Gansu Liu（Group）Co.，Ltd.Ammonia 200，000 t/a of gas purification device，after nearly four years of operation，to begin in April 2013，the emergence of low-waste boiler steam production decline，the rise of the solution regeneration，excessive absorption tower outlet temperament and other issues，and by analyzing the reasons for the measures taken to solve the problems，so that the high recovery purification device capacity.

low-waste boiler fouling；chemical cleaning；CO2leakage water coolers；flash tank demister network

TE96

A

1003–6490（2016）04–0101–02

2016–04–06

劉希盛（1974—），男，甘肅山丹人，工程師，主要從事合成氨生產工作。