大化肥裝置停運期間設備觸媒保護及裝置充氮防腐解決措施

韓建軍

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

大化肥裝置停運期間設備觸媒保護及裝置充氮防腐解決措施

韓建軍

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

本文主要針對大型化肥裝置區域無設備觸媒保護及裝置防腐用氮氣的問題，在無法使用煉油廠中壓氮氣等來源的條件下，通過技術改造，提出了從煉油廠反送低壓氮氣的解決措施。

觸媒保護；防腐；技術改造；反送

寧夏石化公司現有三套化肥和一套煉油生產裝置，煉油及一化肥裝置正常運行，二化肥、三化肥處于停運狀態。四套裝置分別位于煉油區域和化肥區域，其中三化肥及煉油廠位于煉油區域；一化肥、二化肥位于化肥區域，煉油和化肥區域相距約15 km。煉油裝置與化肥裝置設有氮氣互送管線。

正常情況下，一化肥提供不同壓力等級的氮氣至化肥裝置區各用戶。但在一化肥長時間停運、無法提供氮氣的情況下，化肥裝置區設備的觸媒保護及裝置充氮防腐將面臨新的難題。

1 氮氣的來源

寧夏石化公司各裝置均有生產氮氣的能力。一化肥主要提供四種壓力等級的氮氣。其中，合成氨空分裝置精餾塔提供一部分低壓產品氮氣，壓力為0.5MPa，主要供低溫液氮洗分子篩吸附器再生、甲醇洗氣提及低壓氮氣管網；從氮壓機（4111-K2）四段和五段分別抽出8.0MPa和12.0MPa的高壓氮氣供液氮洗、配氮及氣化爐熱電偶保護；另外，精餾塔提供一部分高純氮氣經過冷凝用作事故氮，事故氮罐（4111-V4-1、2）設計壓力0.9MPa，容積為8.7 m3，提供壓力為0.7MPa的氮氣供事故狀態使用。

二化肥設計有打量為1008 m3/h的制氮機（J-24202），提供壓力為1.25MPa的低壓氮氣，主要供各機組干氣密封等，可以并入一、二化肥低壓氮氣管網。但由于制氮機內部件損壞，無備件，處于長期不備用狀態。

三化肥項目擁有PSA變壓吸附制氮設備一套，制氮能力850 m3/h，氮氣壓力為0.8MPa，主要供各機組干氣密封等。煉油裝置空分空壓站設計生產氣氮能力為4000m3/h，液氮300 L/h；產品主要有供機組密封用氮及罐區氮封等的0.8MPa的低壓氮氣、2.2MPa的中壓氮氣及1.0MPa的連續重整裝置用氮氣專線。

2 氮氣運行方式

一化肥及煉油裝置處于正常運行狀態；二化肥裝置長期停運，公用工程及合成氨、尿素裝置充氮防腐，預轉化爐（109-D）、一段轉化爐（101-B）、二段轉化爐（103-D）、高溫變換爐（104-DA）、低溫變換爐（104-DB）、甲烷化爐（106-D）及氨合成塔（105-D）觸媒未卸，充氮保護；三化肥裝置開工準備階段。

正常情況下，一化肥提供8.0MPa高壓氮氣及0.5MPa低壓氮氣，除一化肥自用外，其余送至管網，供二化肥設備觸媒保護及裝置充氮防腐等使用。

煉油廠空分空壓站正常運行，提供2.2MPa中壓氮氣及0.8MPa低壓氮氣供煉油廠及三化肥使用；三化肥PSA制氮機停運備用。

煉油廠主體裝置發生停工或氮氣不足等異常情況下，一化肥通過化肥與煉油互送管線外送8.0MPa高壓氮氣，通過煉油裝置區減壓閥組，將8.0MPa的氮氣減壓后送至2.2MPa的中壓氮氣管網（見圖1）。

圖1 一化肥外送高壓氮氣流程示意圖

3 一化肥空分裝置停運后存在的問題

一化肥長期停工或大檢修時，由于空分裝置停運，N120、N80、N5不能提供，導致一化肥一氧化碳變換爐（4114-R1）、氨合成塔（4117-R1）及二化肥預轉化爐（109-D）、一段轉化爐（101-B）、二段轉化爐（103-D）、高溫變換爐（104-DA）、低溫變換爐（104-DB）、甲烷化爐（106-D）及氨合成塔（105-D）無觸媒保護氮氣，觸媒由于接觸空氣發生氧化，嚴重時會發生高溫著火等事故。同時，二化肥合成氨、尿素及公用工程裝置長期停工充氮防腐用氮氣也將停供，導致設備、管線內氧含量迅速上升，腐蝕速率明顯加快。

近幾年，由于設備老舊，備件制作困難，代替件安全性難以保證，一化肥鍋爐水加熱器（4117-E1）一直存在內漏跡象，造成一化肥長時間停車時氨合成塔（4117-R1）無法單獨隔離，封塔不能保壓。因此，氨合成塔（4117-R1）觸媒保護必須采用連續供氣。

4 對策分析

為了確保一化肥、二化肥設備觸媒保護及二化肥裝置充氮防腐，一化肥長時間停運的情況下，可以采取以下幾種方法提供氮氣保障：

4.1 二化肥制氮機

因二化肥制氮機（J-24202）長期停運，設備陳舊，且無檢修備件，并且二化肥崗位人員由于裝置長期停運，設備檢修、人員操作及運行維護難度較大。

4.2 一化肥事故氮

一化肥事故氮系統由兩個事故氮儲罐4111-V4-1、2以及加熱器4111-E9、E10構成，兩個儲罐正常液位一般保持在20%以上，低于此液位即對該儲罐充液，正常情況下一個運行一個備用，其自身壓力由自帶的換熱器維持在0.65MPa～0.80MPa，然后通過加熱器4111-E9、E10分別復熱到0℃及20℃以上，外送至4114-R1、4117-R1觸媒保護、二化壓縮機干氣密封及補充儀表風系統。

正常情況下，為了應對儀表風中斷、設備泄漏等緊急情況，故在一化肥長時間停運的情況下，為保證安全，事故氮系統處于應急備用狀態。

4.3 氮氣瓶

由于鍋爐水加熱器（4117-E1）內漏，氨合成塔4117-R1系統無法隔離，并且二化肥裝置充氮防腐區域龐大，尤其是在一化肥長時間停運的條件下，如果采用瓶裝氮氣保護，則氮氣瓶消耗量將會很大，且氮氣瓶的采購、現場放置、管線配置及人員安排將耗費大量的人力、物力，成本費用明顯增大，安全性也無法保證。

4.4 煉油廠通過化肥至煉油互送管線反送中壓氮氣

從煉油廠通過化肥至煉油互送管線反送2.2MPa中壓氮氣，可以有效利用現有設備、管線及氮氣資源，且可以達到連續供給的目的。但由于煉油廠主體裝置用氮量較大且氮氣量有限，為了不對主體裝置的安全運行造成影響，考慮到用戶多、統一管理困難、需要長期使用等因素，煉油廠反送中壓氮氣方案實施較困難。

5 解決措施

經過多次現場勘查及反復地合理性評估、分析，綜合考慮工藝安全、設備完整及成本最低等因素，從煉油廠空分空壓站引0.8MPa低壓氮氣，經由三化肥低壓氮氣管網，通過技改增加跨線，將三化肥低壓氮氣管網與中壓氮氣管網連接，反向引低壓氮氣至化肥送煉油廠8.0MPa高壓氮氣互送管線，最終實現煉油廠低壓氮氣通過高壓氮氣管線反送化肥的目的，煉油裝置低壓氮氣反送流程（見圖2）。

圖2 煉油裝置低壓氮氣反送流程示意圖

6 方案實施

（1）一化肥在氮壓機（4111-K2）高壓氮外送閥后加裝盲板；

（2）一化肥在氮壓機外送氮閥后配置兩條管線，一條配至原事故氮保護觸媒流程管線；另外一條配至甲醇罐區氮封管線；

（3）一化肥新配管線總管處增加壓力表；

（4）二化肥負責將原一化肥外送N80管線單向閥閥芯抽掉或導向；

（5）煉油廠負責關閉化肥送煉油廠N80管線減壓閥組，防止煉油廠2.2MPa中壓氮氣反串；

（6）煉油廠負責將一化肥送三化肥N80管線閥后盲板導通，并打開閥門；

（7）三化肥負責在保持目前開工準備最低用氮量的情況下，盡可能少用氮氣；

（8）三化肥負責在三化肥界區低壓氮管線和高壓氮管線通過技術改造，增加跨線，并保持閥門處于打開狀態；

（9）煉油廠負責保持空分空壓站的安全、連續運行及低壓氮氣壓力、流量的穩定供給，送至一化肥氮氣壓力控制在 0.3MPa～0.8MPa，流量 200m3/h～500m3/h；

（10）煉油廠外送低壓氮氣期間，要保持煉油廠各用戶的穩定和安全運行；

（11）公司調度負責整體協調工作，若用氮量增大或波動，影響空分空壓裝置穩定運行時，協調三化肥減少三化肥裝置氮氣用量，確保送煉油及一化肥氮氣壓力穩定。如氮氣用量瞬間較大、空分空壓裝置生產氮氣不能滿足需求時，可緊急啟用空分空壓站備用液氮；

（12）一化肥事故氮系統作為緊急備用。

7 效果驗證

2015年一化肥大修期間，上述技改方案得到順利實施。投運后，一化肥、二化肥設備觸媒得到有效的保護，檢修過程中沒有發生由于氮氣不足等原因導致的觸媒溫度上升等現象（見表1）。

表1 2015年一化肥大修期間設備觸媒保護及充氮防腐摘錄

表2 2015年一化肥大修期間二化肥裝置充氮防腐摘錄

但由于項目技改時間緊 、任務重，對化肥用氮量估算不足，2015年一化肥大修期間二化肥裝置防腐充氮壓力波動較大，設備、管線內氧含量偶有超標（見表2）。

2017年，為了做好一化肥計劃22 d的小修工作，確保裝置檢修期間設備的觸媒保護及裝置充氮防腐工作，結合一化肥鍋爐水加熱器（4117-E1）內漏較大、氨合成塔（4117-R1）無法單獨隔離的情況，對煉油廠外送低壓氮方案進行了修改和完善，通過增開三化肥PSA制氮機、優化煉油廠空分空壓站工況的情況下，在三化肥開工用氮量逐漸增大的條件下，合理分配煉油廠、一化肥、二化肥等用戶用氮量，使得2017年一化肥小修期間，煉油廠低壓氮氣壓力、流量供應穩定，一化肥、二化肥設備的觸媒保護氮氣壓力沒有發生中斷（見表3），二化肥合成氨、尿素及公用工程充氮防腐指標沒有發生異常（見表4）。

表3 2017年一化肥小修期間設備觸媒保護及充氮防腐摘錄

表4 2017年一化肥小修期間二化肥裝置充氮防腐摘錄

8 結語

面對設備老舊、能耗較大、工藝落后、產品單一以及市場產能過剩等問題，隨著三化肥項目的開工，受原料等資源的制約，寧夏石化公司化肥區域（一化肥、二化肥）部分裝置、流程將不可避免地遭到淘汰，停運后的設備觸媒保護、裝置防腐問題將會逐步凸顯。煉油廠低壓氮氣反送化肥裝置技術改造項目不僅解決了現有的一化肥長時間停運造成的設備觸媒保護及防腐問題，也為今后化肥裝置的運行、維護方式指明了方向和奠定了基礎。

Catalyst protection and nitrogen filling corrosion prevention measures for chemical fertilizer plant equipment during shutdown of chemical fertilizer plant

HAN Jianjun
（PetroChina Ningxia Petrochemical Company，Yinchuan Ningxia 750026，China）

This paper focuses on the problem of nitrogen in the field of no-equipment catalyst protection and equipment anti-corrosion in chemical fertilizer plant during the period of chemical fertilizer shut-down.Under the condition of not using the source of the oil refinery medium pressure nitrogen and other sources,the solution to the low pressure nitrogen from refinery was put forward.

catalyst protection；anticorrosive；technical reform；back delivery

TE985.9

A

1673-5285（2017）09-0108-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.09.027

2017－08-24