變換工段改造總結

王建民

(陽煤集團和順化工有限公司，山西和順 032700)

陽煤集團和順化工有限公司(以下簡稱和順化工)“18·30”尿素項目采用固定床富氧連續造氣、濕法PTS脫硫、全低溫變換、PSA脫碳、醇烷化、中壓合成氨以及二氧化碳氣提法合成尿素等工藝；其中，全低溫變換采用帶飽和塔工藝。從近4年的運行經驗來看，帶飽和塔工藝的優勢在于能夠節省蒸汽消耗，但其致命的缺點是腐蝕問題較嚴重。在項目基建初期，和順化工已將一部分可能出現帶液的氣體管道和所有的熱水循環管道由原來設計的用304不銹鋼更換為用耐硫腐蝕更好的321不銹鋼。但由于汽液夾帶產生的腐蝕和氣體的沖刷作用，飽和塔出口和熱水塔出口彎頭的壁厚還是逐漸減薄。與和順化工同期開車的正元化工集團靈壽分公司和唐山邦力晉銀化工有限公司也都存在同樣問題。因此，和順化工計劃將變換工段由帶飽和塔工藝技改為無飽和塔工藝，出于安全考慮，參照其他廠家的技改成功經驗并結合本公司實際情況，于2016年5月利用停車檢修的機會，著重對凈化車間的變換工段進行第1次技改，即將變換工段原有的帶飽和塔工藝改為無飽和塔工藝[1-3]。但由于對改造方案細節把握不足，致使第1次改造未能達到預期目標，產生了諸多問題，只能減負荷生產，最后被迫在2017年3月再次停車進行第2次改造。現就2次改造失敗的教訓和成功的經驗進行總結。

1 原變換工藝及設備參數

和順化工在項目研討初期，出于節能方面的考慮，將變換工段的工藝擬定為全低變帶飽和塔工藝。其工藝流程示意見圖1。

來自壓縮機三段壓力為2.1 MPa(表壓)的半水煤氣，經過機械除油器和凈化爐除去油水后進入飽和塔，與除氧水逆流接觸，增溫增濕后約140 ℃的半水煤氣進入汽水分離器分離掉液態的水，并與中壓蒸汽混合，經主熱交換器與變換氣換熱提溫至200 ℃，然后進入預變爐除去氧，再依次進入噴水增濕器和變換爐一、二段。其中，變換爐一段的床層熱點溫度一般控制在370 ℃，二段床層熱點溫度一般控制在270 ℃。反應后的變換氣經主熱交換器、調溫水加熱器換熱后，降溫至200 ℃，進入變換爐三段，然后再經二水加熱器、中溫水解爐及一水加熱器后進入熱水塔回收熱量。最后，經軟水加熱器與變換氣氣水分離器后，約40 ℃的變換氣送至變脫工段。

原變換工段主要設備參數見表1。

表1 原變換工段主要設備參數

圖1 變換帶飽和塔工藝流程示意

帶飽和塔工藝的優勢在于，由于飽和塔的存在，對半水煤氣有提溫增濕的作用，可以有效地節約一部分蒸汽，從而達到節能降耗的目的。穩定運行期間，噸氨蒸汽耗可降至110 kg。然而，液態的水滴在飽和塔出口的物理狀態下(溫度130～140 ℃，壓力2.1 MPa)并不能使液滴完全汽化(在表壓為2.1 MPa時，水的汽化溫度約為 215 ℃)。由于液滴的存在，加之半水煤氣中含有的硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的作用，對其出口管道和后續設備特別是主熱交換器產生了腐蝕，不僅埋下了安全隱患，同時因為主熱交換器的內漏而頻繁更換，增加了生產成本。僅運行4年的時間，就已經更換了3臺主熱交換器；而出口管道的彎頭也有嚴重的腐蝕，其壁厚由原來的13 mm 逐漸減少至10 mm(最薄點)。

2 首次技改

2.1 首次技改后工藝流程

利用此次檢修的機會，本著節約技改成本的原則，在原有設備的基礎上將帶飽和塔工藝改為無飽和塔工藝，僅增加1臺水冷器，前熱交換器由原來腐蝕的主熱交換器修復改造而成。首次技改后工藝流程示意見圖2。

2.2 技改措施

考慮到原有工藝中的一些缺陷，如壓縮工段送來的半水煤氣帶油、水等雜物較多，機械除油器的分離效果不是太好，使得凈化爐中的除油劑運行周期短、頻繁失效，此次技改都做了一些應對。具體改造措施如下：①在凈化爐前增加前熱交換器(利用原有的已修復好的舊主熱交換器)，用變換氣來提升半水煤氣的溫度，盡量避免半水煤氣中帶來的液態水滯留在凈化爐中，同時回收變換氣的熱量，解決了除油劑頻繁失效的問題；②去除一水加熱器，減少系統的阻力，保留原有的二水加熱器和調溫水加熱器，將其水流程管道加以改造，用除氧水與變換氣換熱，以冷卻變換氣，換熱后的除氧水外送出回到鍋爐除氧器；③變換出口再增加1臺水冷器，用于與合成循環水換熱，以降低變換出口的氣體溫度[4-5]。

首次技改新增主要設備參數見表2。

圖2 首次技改后變換工藝流程示意

設備名稱設備參數前熱交換器Φ1800mm×10920mm，F=664m2，1臺水冷卻器Φ1600mm×7913mm，F=1270m2，1臺

2.3 首次技改后產生的問題

(1) 凈化爐超溫

半水煤氣在前熱交換器與變換氣換熱后，進入凈化爐的溫度可達150 ℃，大大超出了其設計使用溫度40 ℃，造成了安全隱患。

(2) 熱平衡問題

此次技改為節約成本，新增設備以利舊為主。增加的前熱交換器為之前因腐蝕泄漏而送廠返修的主熱交換器，其換熱面積偏小(F=664 m2)，不能充分回收變換三段出口的熱量，致使大量的反應熱被水冷器中的循環水帶走，增加循環水的冷卻塔負荷。

(3) 噴水壓力問題

二水加熱器與調溫水加熱器的設計壓力為2.8 MPa，而除氧水進變換工段壓力為3.2 MPa，已超出其允許的使用壓力。為此，在二水加熱器進口管道上增加減壓自調閥組，以保證壓力指標的合格。在實際操作中，卻產生了一些問題：進入變換工段的除氧水壓力并不穩定，且經過減壓閥組和噴水控制調節閥的雙重減壓后，除氧水與半水煤氣系統的壓差不能滿足噴頭的要求，造成噴水量不穩定，入爐半水煤氣溫度難以控制，汽氣比失調，蒸汽用量較大。由于蒸汽用量問題，被迫減負荷運行了半年左右，最終停產進行第2次技術改造。

3 第2次技改

3.1 第2次技改后工藝流程

經公司組織相關技術人員到同類型企業考察、學習，并與設計單位溝通后，由設計單位出圖，對變換工段進行了第2次技術改造，其工藝流程示意見圖3。

3.2 技改措施

圖3 第2次技改后變換工藝流程示意

(1) 拆除原有預變爐，移至半水煤氣入工段處并改造為1臺焦炭過濾器，與機械除油器并聯使用，前、后設閥門和“8”字盲板，可與系統隔離，用于焦炭的在線更換。

(2) 利用其他企業閑置的變換爐改造為預變爐，在其一段填裝抗毒劑25 m3，用于去除半水煤氣中的氧、砷等毒性物質(功效與原預變爐相同)。在新預變爐的三段填裝變換催化劑25 m3，半水煤氣與預變爐進口處加入的蒸汽在此處發生部分變換反應，用反應熱提高預變爐出口的氣體溫度，在變換爐入爐溫度不變的情況下增大了溫差，這樣必然增加了一段的噴水量，從而更加高效地節省了蒸汽，同時也為變換爐的二、三段減輕了負荷。

(3) 增加脫鹽水緩沖罐和脫鹽水高壓泵，泵出口的脫鹽水分兩路：一路去變換噴水，用于調節變換爐一、二段入爐溫度；另一路經調節閥調節流量后去調溫水加熱器、二水加熱器，用于回收變換二、三段熱量，并調節變換三段的入爐溫度。

(4) 更換前熱交換器，加大換熱面積，充分回收變換爐三段的熱量，減輕水冷卻器的負荷，盡量避免將熱量帶去循環水系統。

第2次技改新增(更換)主要設備參數見表3。

表3 第2次技改新增(更換)主要設備參數

3.3 技改效果

(1) 延長了運行周期

本次技改增加的焦炭過濾器可以有效去除壓縮機帶來的油水等雜物。同時，通過切換前、后的“8”字盲板，可在線切除焦炭過淲器，實現了不停車更換焦炭，從而有效地保護了凈化爐，延長了凈化爐的運行周期。

(2) 穩定了噴水壓力

第2次技改后，噴水系統獨立設置，不受外界影響，噴水壓力相對穩定，從而能夠穩定地向系統提供噴水量，有利于系統的穩定操作。

(3) 消除了安全隱患

去掉飽和熱水塔后，在很大程度上避免了腐蝕問題，安全上有了較大的保障，并節約了頻繁更換換熱設備帶來的生產成本。

參考文獻

[1] 周紅軍.無飽和塔干氣熱凈化變換新工藝[J].化肥設計，1999(2)：53- 55.

[2] 吳勇軍，黃恒美，盧錦永.飽和熱水塔變換改無飽和熱水塔變換工藝總結[J].中氮肥，2013(4)：5- 8.

[3] 張建宇，呂待清.一氧化碳變換工藝分析[J].化肥工業，2000，27(5)：26- 32.

[4] 吳艷波.一氧化碳變換裝置改造總結[J].化肥工業，2012，39(3)：61- 64.

[5] 劉兆偉.變換工段技改總結[J].化肥工業，2005，32(2)：45- 47.