甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動的原因及解決措施

劉志剛

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

中海石油化學股份有限公司化肥二部于2003年9月30日建成投產，該項目年產450kt 合成氨、800kt 尿素，是海洋石油總公司實施開發天然氣下游產品戰略以來，自主新建的第一套大化肥裝置。甲烷化爐氨冷器是合成氨裝置冷凍系統的一臺換熱設備，它的作用是利用甲烷化爐殼程內液氨的閃蒸將甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度降至3～5℃，此溫度不宜過高也不宜過低，若此溫度過高，工藝氣中的水將不能在甲烷化爐出口分離器中分離，工藝氣中的水很可能會穿透分子篩隨工藝氣進入-178℃的冷箱，損壞冷箱設備，若此溫度過低，工藝氣中的水會在管壁上結冰，堵塞管道，將對系統的穩定運行帶來極大的安全隱患。

1 問題的發現

2020年5月16 日甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度開始出現瞬間波動，溫度波動范圍是3.5～5℃（正常生產時甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度短時間內波動范圍僅有0.2℃），隨著時間的推移，溫度波動的次數越來越多，這是一種不正常現象。圖1是甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動趨勢圖。為此，對導致甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動的原因進行認真的分析，并提出應對措施。

圖1 甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度

2 甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動的原因分析

2.1 甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度失真

為確定甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度是否失真，對甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度變送器及熱電偶進行了全面檢查，確認甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度變送器及熱電偶工作均正常，因此甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度失真因素可以排除。

2.2 通過甲烷化爐氨冷器管程的工藝氣流量波動

通過查找DCS 操作畫面及歷史趨勢確認，前系統負荷控制在68000kg/h 且運行穩定，一段爐的水碳比及二段爐的空碳比均未做任何調整且運行穩定，高低變及脫碳系統未出現異常現象，整個工藝氣系統均無放空，系統壓力穩定，由此推斷通過甲烷化爐氨冷器管程的工藝氣流量未發生波動，因此甲烷化爐氨冷器管程工藝氣流量波動的因素可以排除。

2.3 冷凍系統帶水

通過查找DCS 操作畫面及歷史趨勢確認，甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動的同時，甲烷化爐氨冷器殼程液氨的液位及殼程的壓力均波動較大，氨冷器殼程液位會出現迅速下降，液位由70%下降至60%（氨冷器液位正常控制在70%），而氨冷器殼程的壓力會迅速上漲，壓力由0.340MPa 上漲至0.354MPa（氨冷器殼程壓力正常控制在0.34MPa），通過給甲烷化爐氨冷器進行排污后，上述現象立即消除，由此可推斷出冷凍系統進水，因此冷凍系統進水是甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動的主要因素。

冷凍系統帶水原因如下：冷凍系統內介質為液氨產品，液氨主要來自三個方面，分別是氨分離器分離下來的氨經過減壓進入冷凍系統（合成塔產氨）、氨回收單元蒸氨塔汽提出來的氨進入冷凍系統及尿素裝置返回的氨進入冷凍系統，對以上三個方面分析發現氨分離器分離下來的氨和尿素裝置返回的氨均沒有問題，只有氨回收單元蒸氨塔存在異常狀況。

通過查找DCS 操作畫面及歷史趨勢發現蒸氨塔液位在37%～98%劇烈波動，塔頂壓力在1.805～1.908MPa 波動（塔頂壓力正常控制在1.84MPa），塔頂溫度在51～89.7℃波動（塔頂溫度正常控制在65℃），且蒸氨塔塔底和塔中的溫度均有3℃的波動，蒸氨塔再沸器中壓蒸汽流量很穩定，并沒有發生波動，綜合以上情況可判斷為進氨回收單元的馳放氣中可能攜帶催化劑粉塵、鐵銹等雜質，這些雜質附著于蒸氨塔填料表面并在填料表面結垢，垢層達到一定程度時造成蒸氨塔內氣液接觸不好，蒸氨塔汽提氨帶水進入冷凍系統，帶入冷凍系統的水最終在甲烷化爐氨冷器內不斷累積，引起液氨大量揮發，甲烷化爐氨冷器換熱效果差，造成甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動。

3 采取措施

3.1 啟動氨升壓機和冷氨產品泵

本廠氨升壓機（氨升壓機為離心式壓縮機，由功率為630kW 的電機驅動）和冷氨產品泵在生產裝置正常運行期間均處于備用狀態，只有在尿素裝置停車、尿素用氨量小于合成產氨量或合成裝置遇到緊急情況時才會啟動。為了解決冷凍系統帶水問題，啟動氨升壓機和冷氨產品泵，并打開甲烷化爐氨冷器的排污閥對甲烷化爐氨冷器進行連續排污，通過冷氨產品泵將冷凍系統內含水的氨送至氨罐，采取啟動氨升壓機和冷氨產品泵的方法來暫時解決冷凍系統帶水問題。

3.2 切除氨回收單元，對蒸氨塔填料進行沖洗

為了徹底解決冷凍系統帶水的問題，也為了保證合成裝置長周期穩定運行，決定對氨回收單元進行停車，切除氨回收單元后對蒸氨塔內的填料用115℃的脫鹽水進行了三次沖洗排污至清潔，通過對蒸氨塔填料沖洗確認，蒸氨塔內填料確實很臟，且沖洗出的污垢經確定大部分是合成塔催化劑粉塵，蒸氨塔填料沖洗合格后，重新投用氨回收單元。

4 效果

通過對甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度波動的原因進行分析，找出了冷凍系統帶水的原因，采取啟動氨升壓機和冷氨產品泵的方法對甲烷化爐氨冷器進行連續排污，暫時解決了冷凍系統帶水，通過切除氨回收單元，對蒸氨塔填料進行沖洗并重新投用氨回收單元后，蒸氨塔的液位、塔頂壓力及塔頂溫度均穩定運行。將氨升壓機和冷氨產品泵停運備用，甲烷化爐氨冷器排污關閉后，甲烷化爐氨冷器出口工藝氣溫度未再出現波動，合成氨冷凍系統帶水的原因徹底得到解決。