無飽和熱水塔全低變變換系統改造運行總結

宋志芬 張慧芬

(唐山邦力晉銀化工有限公司河北玉田064100)

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無飽和熱水塔全低變變換系統改造運行總結

宋志芬 張慧芬

(唐山邦力晉銀化工有限公司河北玉田064100)

唐山邦力晉銀化工有限公司原2套130 kt/a合成氨裝置(共計260 kt/a合成氨)中的帶飽和熱水塔全低變變換系統(1#和2#)因存在設備和管道泄漏而導致檢修量大、檢修頻繁等弊端，為此，采用湖北雙雄催化劑有限公司的工藝包及新型SB304Q型超低溫耐硫變換催化劑，由河北正元化工工程設計有限公司負責施工設計改造成無飽和熱水塔的全低變變換系統。改造后，變換系統從2015年10月開車一直運行至今，整個系統運行正常，只有煤氣升溫副線因有一泄漏點和第2噴水增濕器增加2組噴頭，單套變換系統各短停處理1次，其余設備運行情況良好，實現了長周期穩定運行。

1 改造后變換系統工藝流程及設備

1.1 改造后變換系統工藝流程

氣相流程：2.1 MPa(表壓)，35 ℃的半水煤氣經凈化爐過濾后→主熱交換器(管間)→中間熱交換熱器(添加表壓2.5 MPa的飽和蒸汽)→第1變換爐(除氧反應，252.8 ℃)→第1噴水增濕器→第2變換爐一段→第2噴水增濕器→第2變換爐二段→中間熱交換器(管間)→第2水加熱器 →第2變換爐三段[出口變換氣CO體積分數約1.6%(干基)]→第1水加熱器(原第2水加熱器，165 ℃)→水解爐→主熱交換器(管內，102 ℃；冬季，95 ℃左右)→軟水加熱器→變換氣冷卻器(35 ℃)→變換氣水分離器→變換氣脫硫系統。

水流程：軟水加熱器進口常溫脫鹽水或其出口的脫鹽水(約90 ℃)均可進入脫鹽水罐，經噴水泵加壓至2.8 MPa進第1水加熱器(原第2水加熱器)、第2水加熱器加熱至190 ℃左右→第1、第2噴水增濕器。

冷卻水流程：來自氨合成系統的循環水進入變換氣冷卻器，經逆流換熱后，帶壓返回冷卻水系統回水管道。

75 t/h鍋爐和合成廢熱鍋爐生產的約2.5 MPa的蒸汽經汽水分離器分離水后補充在第1變換爐入口，作為變換補充蒸汽。改造后無飽和熱水塔全低變變換系統工藝流程見圖1。

1.2 工藝流程設計特點

(1)將原預變爐變更為第1變換爐，上部裝填SB303Q型抗毒劑12 m3，下部裝填SB303Q型低變催化劑20 m3。原有預變爐作為第2凈化爐，內部裝填除油劑，與原凈化爐并聯使用，提高了除油效果，更好地保護了抗毒劑和低變催化劑。

(2)原變換爐改為第2變換爐。1#變換系統第2變換爐一段裝填新的20 m3SB303型低變催化劑，二段采用舊的25 m3SB303Q型低變催化劑。2#變換系統第2變換爐一段采用舊的20 m3SB303Q型低變催化劑，二段裝填新的25 m3SB303Q型低變催化劑。1#和2#變換系統的第2變換爐三段均裝填新型SB304Q型超低溫變換催化劑40 m3(原設計裝填量為SB303Q型低變催化劑30 m3)，提高了催化劑的總裝填量，其目的是降低第2變換爐一段的熱點溫度，更好地降低噸氨蒸汽消耗。SB304Q型催化劑具有良好的低溫活性，按HG/T 2779— 2009化工行業標準檢測，在其他條件不變時，160 ℃下的變換活性≥90%，比SB303Q型低變催化劑起活溫度低35～40 ℃。

(3)采用DCS控制室集中顯示變換系統操作參數，并增加2臺自動調節閥，在室內可自動調節第2變換爐三段進口氣體溫度。煤氣流量、外供蒸汽量和噴水用量雖然均有流量計計量和顯示，但由于計量數值均與生產數據偏差較大，只能作為操作時的參考值，而變換系統出口變換氣中CO含量由自動分析儀分析。

(4)設計了脫鹽水罐冷、熱水均可使用的工藝流程，脫鹽水既可不經軟水加熱器直接進入脫鹽水罐，又可從軟水加熱器出來后進入脫鹽水罐，使溫度調節更加靈活。

1.機械除油器 2.第1凈化爐 3.第2凈化爐 4.主熱交換器 5.中間熱交換器 6.第2電加熱器 7.第1變換爐8.第1噴水增濕器 9.第2噴水增濕器 10.第2變換爐 11.第2水加熱器 12.第1水加熱器 13.水解爐14.軟水加熱器 15.變換氣冷卻器 16.變換氣氣水分離器 17.汽水分離器 18.噴水泵圖1 改造后無飽和熱水塔全低變變換系統工藝流程

1.3 主要設備

改造后全低變變換系統(2套)主要設備參數見表1。

采用了半水煤氣走主熱交換器殼程、變換氣走其管程的工藝流程，冷卻下來的蒸汽冷凝液可經過一個小的分離段，使得汽水容易分離，排出導淋水比較容易。

把原有的預變換爐更換為第1變換爐，提高了爐體的設計溫度(從原來的270 ℃提高至420 ℃)；爐體采用15CrMoR材質，可不設爐內保溫，這既增加了爐內使用容積，又提高了變換爐使用的安全性能。

第1噴水增濕器設置15只噴頭，布置在同一平面上，且伸進設備長短不等；采用撞針式一體加工的噴頭，每個噴頭均由閥門控制，可以任意調節，增加了調節手段，方便了操作。

原來的第2電加熱器流程是底部進、上部出，開車時上部溫度高，使得電加熱器頂部接線柱容易過熱，經常發生接線柱故障，造成部分電加熱器爐絲不能正常使用，影響了電加熱器的功率。現在的電加熱器流程是上進下出，確保了電加熱器安全穩定運行。第2電加熱器是系統內加熱器，在開車過程中能夠盡快使第2變換爐溫度達到正常，可降低開車費用、縮短開車時間。為確保第2電加熱器的使用安全，選擇了321不銹鋼(為換熱管)，同時升級為防爆型電加熱器，并且其出口、內部、外壁加裝了測溫點，確保其使用過程中能夠隨時觀測內部和外壁的實際運行溫度，控制溫度在其規定指標之內，確保不超溫，保障了其安全穩定運行。

主熱交換器、中間熱交換器、軟水加熱器、變換氣冷卻器、變換氣水分離器均采用0Cr18Ni9不銹鋼材質，增強了設備對變換氣冷卻后偏酸性冷凝水的抗腐蝕性能，提高了設備運行中的安全穩定性。

表1 改造后全低變變換系統(2套)主要設備

2 改造后變換系統運行情況

改造后2#變換系統操作記錄見表2。

改造前，每套變換系統實際煤氣流量約為62 000 m3/h(標態),噸氨蒸汽消耗在180 kg左右。本次變換系統技術改造后自2015年10月運行以來，一直比較平穩，由于蒸汽流量計不準，噸氨蒸汽消耗無法準確統計，但從軟水加熱器進口溫度上反映，改造前軟水加熱器進口溫度為94～98 ℃，改造后軟水加熱器進口溫度為94～102 ℃，噸氨蒸汽消耗與改造前相差不多。

表2 改造后2#變換系統操作記錄