CO等溫變換工藝技術應用及問題策略分析

馬杰 繆傳耀(匯智工程科技股份有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

CO等溫變換工藝技術雖然經一段時間的發展已經得取得了一定成功，并且在具體應用期間，也取得了不錯的應用效果，但是，從實際情況來看，該項技術應用仍然存在一定問題，因此，要想使其作用能夠得到合理發揮，必須要從不同角度入手，做好相應分析工作。

1 CO等溫變換工藝技術應用的優勢

CO等溫變換工藝技術在應用時與傳統絕熱變換相比，其應用過程中的優勢主要體現在以下幾個方面：

(1)通過對等溫變換的應用能夠及將經過化學反應產生的各項熱量移走，從而確保催化劑床層能夠在一個溫度相對較低環境下開展，這在一定程度上能夠使CO變換反應率得到進一步提升，進而保證后續作業過程中，不會出現超溫、操作不穩定，以及各種風險的出現[1]。因為CO變換反應會釋放出一定的熱量，而且該反應速度較快，而且十分劇烈，尤其是在進行高濃度CO轉化時，如果受外界因素限制，導致因為化學反應而產生的熱量無法被快速移走，這將會導致爐內溫度不斷升高，從過去經驗來看，若采用的CO轉換率提升1%，爐內環境溫度則會升高8℃左右，這不僅會降低平衡變化率降低，而還在完成放熱后，會形成高溫，這將會導致生產作業開展過程中采用的催化劑出現老化情況，并且伴隨著的一系列的不良反應，同時，也對設備采用的材質耐溫性、性能都提出更高要求，這些問題的出現都會對CO變換反應順利進造成不良影響，而保持變換爐內溫度處于一個相對恒定狀態，能夠使上述各項問題都能夠得到解決，進而確保后續各項生產作業的順利開展[2]。

(2)等溫變換工藝的應用，能夠使CO轉換率變得科調節和可控。在實際生產期間，要做好控制工作，要將變換反應既要確保變換氣中CO含量始終都被控制在符合要求范圍內。等溫變換工藝中，因為進行化學反應，反應區域內溫度保持恒定，而CO變換反應是可逆的，通過控制水蒸氣量完成對CO轉換率的調節，從而滿足在不同工況下的具體生產需求。而傳統絕熱變化中，在發生化學反應時，溫度將會不斷升高，溫度的變化會導致化學反應平衡常熟發生改變，而且由于反應十分劇烈，因此，單純的通過對蒸汽進行調節，難以完成對CO轉化率的精準控制[3]。

(3)等溫變換不僅可以讓反應爐內溫度始終都保持恒定，而且采取“水移熱”技術，而已生成大量蒸汽，這些蒸汽可以被循環利用，作為反應原料氣，在一些特殊工況下，能夠實現蒸汽“零消耗”[4]。而傳統熱反應中，需要加入大量蒸汽，將其作為反應開展的原料，同時，為了確保具體反應作業開展期間的穩定性，要在考慮生產環境基礎上，適當補充一定量冷激水或者蒸汽，進而達到降低反應爐內溫度的目的，這也就會造成多次重復消耗蒸汽，由此可見，等溫變換技術在具體應用過程中具有減少蒸汽消耗量的優勢[5]。

2 CO等溫變化工藝應用問題及對策

某工業園區合成氨項目建設初期采用航天粉煤氣化爐、四段絕熱CO變換工藝，而且開展了土地施工。而CO等溫變換工藝隨著科技的不斷發展，該項技術變得更加成熟，而且該項工藝在具體應用時，CO等溫變換工藝變更加成熟，該項工藝在具體應用期間與傳統的絕熱變換工藝相比，前者優勢十分明顯[6]。因此，在原有絕熱變換基礎上，進行了適當修改，在進行實際修改過程中，要盡量對原絕熱變換工藝應用過程中采用的設備、工藝、土建等各項基礎設施進行應用，進而轉變為等溫變換工藝。

2.1 設計方面遇到的問題及解決對策

(1)將在線監測氧含量設備設置在等溫變換裝置入氣口處，通過對該裝置進行應用，完成對進入到氣口氧氣具體含量情況的檢測。氣化工藝采取的為粉煤純氧氣化工藝，在實際生產作業開展期間，為了避免生產期間，由于操作人員操作不當出現故障，導致煤氣中氧含量超標，而損壞催化劑，通過采用在線檢測技術，能夠精準度完成對含氧量情況的檢測[7]。

(2)針對凈化爐層要設置超溫報警裝置。凈化爐是利用原絕熱變化爐為基礎改造而成的，其在具體應用過程中起到的關鍵作用就是對粗煤氣進行凈化，進而達到脫毒目的，同時，將5.5m3催化劑轉入到凈化爐底部，用于變化反應，確保等溫變換爐入口煤氣溫度與露點溫度相比更高，而通過對加熱報警裝置的應用，能夠達到提前警示作用。

(3)在凈化爐入口前增加一個氮氣管道，由于有5m3的催化劑被裝入到了凈化爐底部，這一部分催化劑可以被用作變換反應，因此，能夠有效避免接氣初期，由于流速過低，進而出現高溫情況，確保了整個生產作業的順利開展[8]。

(4)將一個中壓鍋爐積水管管線合理加設在冷凝液緩沖罐上。進行投料開車起初階段，系統在運行過程中并不會形成冷凝液，而加設的中壓鍋爐給水管，可以保證冷凝管中系統水充足，這將會導致冷凝液預熱器和冷凝液加熱器在應用期間，發生燒干現象。

(5)針對主物料管道低于的露點溫度，采用的管道材質為304L，如果主物料管道的溫度超高于露點溫度，采用的管道材質應當為15CrMo。

2.2 設備方面的問題及解決措施

(1)這對生產設備中的部分大口徑管道密封墊進行了更改，在具體更改時主要值利用“橢圓點”取代“八角墊”。通過對采用的工藝管線情況進行分析可以發現，主要工藝氣管線法蘭在實際密封期間采用“八角墊”剛性密封，其中最大孔徑為DN800。但是，因為“八角墊”在具體加工過程中，其在具體質量上會存在一定缺點，同時，在實際生產期間，會受到熱脹冷縮問題影響，這也就加大了消除密封面縫隙的困難性。

(2)采用的等溫變換爐體積較大，而且其內部結構十分復雜，為了確保其安裝質量能夠達到相應要求標準，針對實際采用的殼體、內件等各項分體都要運輸到作業現場，由工作人員在現場對其進行安裝，完成安裝后，要利用水壓試驗對安裝的等溫變換爐質量和性能進行檢查。對于等溫變換爐內的換熱管采取懸掛式雙套管，該管口需要開在上部管內，而對于下部，則應當采取密封方式對其進行處理。水壓實驗完成后，水將會充滿雙套水管換熱管，并且難以完成對水體的排放。由于安裝作業時在1月份，溫度相對較低，因此，確保各項設備都具有良好性能，以及設備運行期間的安全性，采用催化劑升溫硫化措施，實現保溫，實現對等溫變化爐的保護，溫度上限為85℃，而下限則為20℃，為了保證溫度合理性，約每隔12d啟動一次電加熱，通過電加熱方式，完成相應加熱處理。

(3)處理等溫爐內漏問題。等溫變換裝置投料試車應用100d后，合成氨系統依據計劃而成，對投料車在具體運行過程中的各項缺陷內容進行消除。停車后，作業人員可以發現等溫變化爐上部汽包液位會發生異?？焖傧陆担脺y試可以判斷造成該情況的原因時等溫變換爐內部水管經過一段時間應用，其遭受到了破壞，因此，發生了泄露現象，而且這一泄露較為嚴重，對等溫爐應用造成嚴重影響，導致其無法正常升溫，針對這一問題，相關工作人員決定對拆割等溫變換爐，對其進行維修，使其性能能夠得到恢復，滿足應用需求。

生產裝置中采用的等溫變換爐整體直徑達到了4500mm，在設計初期階段，設計人員考慮變換爐的制造過程中采用的技術難度和成本，針對整個等溫變換爐采取焊接方式處理，并未采取法蘭式封閉。因此，在對其進行檢修時，檢修人員將爐體上部封頭焊縫切開，將等溫變換爐開啟，對該護臂厚度進行檢測，可以發現厚度約100mm，開啟爐體后，可以發現等溫變換爐內部換熱器管板與上部降水管兩者連接位置處存在裂痕，初步判斷，該裂痕就是引起滲漏問題的原因。為了確定催化劑換熱管處是否發生了泄露，作業人員要切開上管板，采取打壓注水方式，完成相應判斷，經過檢驗，最終確定只有上管板焊縫與降水管兩者連接處存在漏水問題。因此，為了避免由于熱應力原因，導致降水管焊部位在后期應用期間再出現裂紋，而防止管漏水問題，應當在對爐內降水管進行全面分析，適當增加膨脹節，進而達到消除滲漏的目的。

3 結語

近幾年，我國煤化工業得到了快速發展，生產裝置能力不斷朝著大型化方向發展，這也就為等溫變化工藝發展提供了良好空間，而且，等溫變換工藝在高CO濃度氣化煤氣和高水比中能夠穩定、安全運行，從具體應用情況來看，也取得了不錯應用效果，因此，其是一種值得推廣的一項先進技術。在對等溫變換工藝進行應用期間，要利用其具體生產作業開展的便利性，全面分析大型化設備制造，各個連接部位的具體密封程度，以及檢修設備時帶來的影響和不足，進而確保等溫煤化工中應用的穩定性、安全性。