杜坤桥，李强，曾晓波，符鹏飞
（中海石油化学股份有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］中海石油化学股份有限公司富岛一期1 000 t/d合成氨装置1996年投产，采用ICI-AMV工艺，氨合成系统采用低压合成、卡萨利轴径向合成塔、二级氨冷工艺。自2019年起，富岛一期合成氨装置在合成回路无返氢的工况下，出现氨合成塔入口温度提升困难、氨净值和循环气量上涨、氨产量下降等异常情况，通过对氨合成系统异常参数的分析，再结合氨合成系统设备结构与工艺流程，经排查确认为热交换器内漏（浮头密封填料局部破损）导致壳程的高压气体漏进管程低压侧，相当于部分循环气走了氨合成塔旁路所致，采取相应的检修措施后，氨合成系统运行正常，至今热交换器再未发生过泄漏。
［关键词］氨合成系统异常工况；氨合成塔入口温度；氨净值；循环气量；原因推断；热交换器；浮头密封填料；处理措施
［中图分类号］TQ113.26+6.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）06-0037-04
0 引 言
中海石油化学股份有限公司富岛一期合成氨装置1996年投产，采用ICI-AMV工艺，设计产能为1 000 t/d，2016年气源改造后以南海贫天然气为原料；其氨合成系统采用低压合成（操作压力为10.7 MPa）、卡萨利轴径向合成塔、二级氨冷工艺（设计氨净值为14.5%）。自2019年起，富岛一期合成氨装置在氢回收单元停车即合成回路无返氢的工况下，出现氨合成塔入口温度提升困难、氨净值和循环气量上涨、氨产量下降等异常情况，后通过排查确认为热交换器内漏所致，采取相应的检修措施消除漏点后，氨合成系统运行正常。以下对有关情况作一介绍。
1 氨合成系统简介
1.1 工艺流程简介
富岛一期合成氨装置氨合成系统工艺流程简图见图1。
来自合成气压缩机的合成气经热交换器（08E003）换热后分四路进入合成塔参与化学反应——主路由入口大阀（HV08001）控制进入氨合成塔底部；第一旁路阀（TV08015）和第二旁路阀（HV08003）控制两路冷激线进入氨合成塔顶部两侧，分别用于调节第一催化剂床层和第二催化剂床层入口温度；开工加热炉（第四路）一般只在系统开车初期用于合成塔的升温。从氨合成塔底部出来的热合成气依次经废热锅炉（08E001）、给水预热器（08E002）、热交换器（08E003）降温，再经水冷器和氨冷器分离液氨后，未反应的合成气回到合成气压缩机循环段入口，与新鲜气、氢回收单元来的返氢混合后继续循环反应。
1.2 设备简介
氨合成系统热交换器（08E003）由澳大利亚W.E.SMITH公司设计制造，为立式单管程浮头换热器，08E003壳体长19 m、外径1.4 m，换热面积为1 096 m2，壳程和管程设计压力均为12.7 MPa，壳程和管程设计温度分别为260 ℃、290 ℃；08E003壳体材质为A387-12-2，内有列管2 986根，列管材质为A213-T12，两端管板材质均为A336-F12，列管与两端管板的连接方式为焊后轻微胀接。
08E003上部管板焊接固定在壳体上，下部活动管板直径偏小一些并连接一个半球形封头，封头底部连接有活动颈延长至换热器人孔通道处，活动颈与人孔通道之间有填料密封，并用不锈钢环加压和螺栓锁紧，该处亦是浮头自由伸缩的地方（如图2所示）。该设计选择延伸至内径更小的人孔通道作为浮头活动的密封面，减少了接触面，降低了密封面泄漏的几率。浮头采用填料密封结构，相较于内置膨胀节结构能承受更大的压力，且温差引起的管束膨胀量可在浮头部分有效吸收，尤其适用于管程与壳程温差较大的工况使用[1]。
08E003管程的工艺气进/出口温度分别为230 ℃、63 ℃，工艺气进/出口压力分别为10.20 MPa、10.15 MPa；壳程的工艺气进/出口温度分别为42 ℃、201 ℃，工艺气进/出口压力分别为10.7 MPa、10.6 MPa。
2 氨合成系统异常工况及原因推断
2.1 异常工况
2.1.1 无返氢时氨合成塔入口温度提升困难
正常工况下，氨合成塔入口温度（TC08001）一般稳定在200 ℃左右，在后系统氢回收单元停车、冷箱无返氢回到合成回路时，现场可回关热交换器（08E003）的冷激阀将氨合成塔入口温度提升至215～220 ℃。自2019年以来，氨合成塔冷激阀调节作用开始弱化，无返氢工况下全关冷激阀后，氨合成塔入口温度呈现明显下降的趋势，至2020年6月时，无返氢工况下氨合成塔入口温度降至209.6 ℃（最高值），无返氢工况下氨合成塔入口温度无法进一步提升，氨合成塔催化剂床层温度及出口气温度同步下降，不仅降低了化学反应的效率，而且使废热锅炉的产汽量下降，系统能耗升高、稳定性变差。2018—2020年氨合成系统停车、氢回收单元停车时，无返氢工况下且全关08E003冷激阀后氨合成塔入口气温度（TC08001）最高值见表1。
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