合成氨裝置分子篩常見故障及處理

陳博陽，寧 靜

（中海石油化學(xué)有限公司，海南東方 572600）

1 分子篩工藝

中海石油化學(xué)股份有限公司化肥二期合成氨裝置（45萬t/a）采用KBR合成氨工藝技術(shù)。其核心工藝為KBR深冷凈化工藝，它是由布朗深冷凈化工藝與凱洛格設(shè)備設(shè)計的組合。甲烷化氣體與合成回路馳放氣匯合后冷卻至4℃，經(jīng)過分離后進入裝有干燥劑分子篩脫除游離氨、殘余水和CO2。

每臺分子篩干燥器設(shè)計滿足在24h干燥周期運行，再生設(shè)計為12h一個周期，再生氣由凈化器來的廢氣完成，再生熱量由中壓蒸汽提供，再生后廢氣進入一段爐作為部分燃料氣。

分子篩上部裝φ6氧化鋁球，中部裝13X-PG1/16＂分子篩干燥劑，下部裝φ6與φ25氧化鋁球，設(shè)備底部有出口收集器，防止氧化鋁球泄漏。

工藝流程見圖1。

圖1 分子篩流程

2 分子篩常見故障及處理

2.1 切換時工藝氣溫度波動大

分子篩再生溫度240℃，再生合格后，由冷箱過來的3℃廢氣進行降溫，之后工藝氣充壓，并行，切換。程序設(shè)計冷卻時間494min，可將分子篩降溫至10℃（溫度測點在出口管道），此時分子篩內(nèi)還蓄存較多的熱量（相對于4℃工藝氣），若此時進行并行切換，合成氣壓縮機入口工藝氣溫度可從1℃上漲至6℃，壓縮機有300r/min波動，影響機組安全運行。針對該現(xiàn)象，在分子篩程序運行到并行前，現(xiàn)場分3次開MOV1017（MOV1018）至12%，停程序4h，利用工藝氣給分子篩繼續(xù)降溫，將分子篩內(nèi)多余的熱量逐步帶出，減少切換時工藝氣波動過大。采取該措施后，可有效將合成氣壓縮機波動控制在50r/min內(nèi)，保證機組運行穩(wěn)定。

2.2 充壓速率偏快

分子篩程序運行到充壓步驟時，工藝氣通過入口大閥的旁路，由程序控制一定的比率給再生好的分子篩充壓，前半程充壓速率慢，后半程充壓速率快。合成氣壓縮機103J為入口壓力控制，充壓時必然會使新鮮氣量減少，充壓階段后半程時會引起壓縮機約100r/min波動。針對該現(xiàn)象，在充壓階段進行到一半時，停程序1h，待壓力均平后，再投用程序，避免壓縮機轉(zhuǎn)速波動。

2.3 再生前泄壓不到位

2.3.1 泄壓時相關(guān)需要隔離的閥門內(nèi)漏

（1）分子篩系統(tǒng)的再生隔離主要依靠4個電動、4個氣動的軌道球閥，當(dāng)其中任一閥門有泄漏，均會造成分子篩再生前泄壓不到位，泄漏嚴重時會導(dǎo)致分子篩再生不徹底，進而影響吸收效果。

（2）4個電動軌道球閥在運行過程中，均相繼出現(xiàn)過閥位0點漂移，閥門未關(guān)閉完全而導(dǎo)致內(nèi)漏。該現(xiàn)象較容易處理，重新設(shè)定好閥位0點即可。

（3）4個氣動驅(qū)動的軌道球閥，其中XV1160在2019年7月出現(xiàn)過較大內(nèi)漏，導(dǎo)致分子篩再生前泄壓不到位。運行到8月份，漏量繼續(xù)增大，使109DB的再生溫度從240℃持續(xù)降至150℃，嚴重影響再生效果。后利用109DB運行，109DA泄壓階段，在線對該閥門執(zhí)行機構(gòu)進行檢修。發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏原因為軌道導(dǎo)銷磨損嚴重，更換導(dǎo)銷后閥門內(nèi)漏現(xiàn)象消除。導(dǎo)銷磨損見圖2。

圖2 磨損導(dǎo)銷

2.3.2 泄壓閥流通量不足

分子篩底部裝填φ6（上）與φ25（下）兩種規(guī)格的惰性球，因φ6惰性球較小，運行過程中存在少量小瓷球穿過底部收集器漏出現(xiàn)象。因泄壓閥PV1047、PV1048均處在地面最低點，泄漏的瓷球堵塞閥門，導(dǎo)致泄壓時氣體流通量不足，泄壓不到位。針對該現(xiàn)象，一是在泄壓閥前安裝過濾器，有瓷球堵塞時清除濾網(wǎng)，二是在φ6（上）與φ25（下）之間加裝一層100目的不銹鋼絲網(wǎng)，防止小瓷球穿層泄漏。

2.4 出口露點偏高

出口露點偏高除因入口工藝氣帶水偏多導(dǎo)致分子篩床層穿透外，工業(yè)上遇到的主要是分子篩再生不徹底。具體可分為再生溫度不夠，再生氣量不足，再生氣帶水。二期裝置再生加熱器183C熱源為中壓蒸汽，2014—2015年多次因加熱器管板泄漏，再生氣帶水，再生效果不好，繼而導(dǎo)致工藝氣穿透分子篩床層，水進入冷箱后引起冷箱壓差升高，膨脹機壓差從正常的200kPa提高到550kPa，最后裝置被迫停車，處理183C泄漏點。2019年裝置大修期間整體更換了183C，新183C管板與管束密封方式由原脹接升級為脹接加焊接。

2.5 底部收集器損壞

損壞原因主要是分子篩周期性的再生（240℃）/冷卻（3℃）冷熱交替，應(yīng)力反復(fù)改變導(dǎo)致。2013年檢修打開154DB，發(fā)現(xiàn)濾袋內(nèi)部幾乎全部被φ25的瓷球堆滿。卸出109DB內(nèi)部分子篩和瓷球，檢查底部收集器，外包鋼絲網(wǎng)基本完好，12個支撐桿，有10個斷裂，最寬斷裂約3cm縫隙，大小瓷球從底部縫隙漏出，見圖3。后委托大連松海修復(fù)好斷裂支撐腳并加固鋼絲網(wǎng)。

圖3 收集器底部支撐腳斷裂

3 結(jié)語

分子篩是合成氨裝置深冷凈化工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，其運行工況直接關(guān)系到整個裝置的安全穩(wěn)定。二期裝置因分子篩故障，先后更換過3爐分子篩（未到設(shè)計使用壽命），被迫停車2次，直接經(jīng)濟損失數(shù)百萬元，因此做好分子篩系統(tǒng)的維護保養(yǎng)工作，對合成氨裝置的穩(wěn)定經(jīng)濟運行至關(guān)重要。