林云冲
（海洋石油富岛有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］海洋石油富岛有限公司ICI-AMV工艺合成氨装置1996年10月投产以来整体运行稳定，2016年因新气田供天然气总碳低、CO2含量高增设了天然气预脱碳系统。气头合成氨装全系统冷态开车是一个耗时长（总耗时约3～4 d）、放空量大、能耗高的过程，为减少开车阶段放空量、缩短开车时间、最大限度地降低开车损耗，据装置主要开车步骤，结合其工艺特点，总结出外引中压蒸汽提前建立中/低压蒸汽管网、原料天然气压缩机延迟开车与脱硫系统放空天然气回收、转化系统“大氮循环”升温操作优化、二段炉加部分空气后再调整辅锅运行模式、低变系统与脱碳系统开车灵活操作、合成气压缩机（汽轮机驱动）冲转开车与合成回路充压同时进行、氢回收冷箱制冷操作优化等一系列优化改进措施。2024年大修后合成氨装置重启时全面落实上述节能措施，保守计算提前5 h完成冷态开车，同等天然气消耗下多产液氨约210 t、节省成本约44.12万元，实现了节能降耗与增产增效。
［关键词］ICI-AMV工艺合成氨装置；全系统冷态开车；开车步骤；优化改进；节能开车；实践
［中图分类号］TQ113.28 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）03-0027-04
0 引 言
海洋石油富岛有限公司化肥一期1 000 t/d合成氨装置（简称富岛一期合成氨装置），以南海海底天然气为原料气，采用ICI-AMV节能工艺，主生产工艺为两段转化、中低温变换、热钾碱法脱碳、甲烷化、低压氨合成，主要工艺特点为一段炉转化条件温和、二段炉加入过量空气（过量20%）、燃机驱动空气压缩机、热钾碱法脱碳、低压氨合成等。自1996年10月投产以来，整体运行稳定，系统自动化程度较高，能耗较低（设计吨氨能耗29.5 GJ，实际吨氨能耗约30.5 GJ）。2016年5月，由于原气田使用到期，新气田供天然气总碳低、CO2含量高（CO2含量设计值20%，实际值25%～28%），为满足生产需要，新增1套预脱碳系统对原料天然气进行预处理，天然气处理能力为70 000 m3/h（标态，下同），并配套制氧能力为3 000 m3/h的深冷空分装置，吨氨能耗有所增加[1]。
气头合成氨装置全系统冷态开车是一个耗时长（富岛一期合成氨装置全系统冷态开车常规操作总耗时约3～4 d）、放空量大、能耗高的过程。减少开车阶段放空量、缩短开车时间、最大限度地降低开车损耗是合成氨企业的重要课题。以下基于富岛一期合成氨装置的工艺特点，在操作规程范围内与设计工艺参数下，研究全系统冷态节能开车过程的方法或措施，可实现合成氨装置开车过程的降本增效。
1 气头合成氨装置主要开车步骤简介
气头合成氨装置无论采用传统凯洛格节能工艺、凯洛格-布朗（KBR）深冷净化工艺还是丹麦托普索工艺等，虽各工艺有其自身的特点与优势，但主要生产单元（包括原料天然气脱硫、造气、净化、氨合成、氨分离等）与开车过程实际上大同小异。富岛一期合成氨装置主要开车步骤如下：辅锅开车建立蒸汽管网→一段炉点火，转化系统氮气循环升温→原料天然气压缩机开车→空气压缩机（燃气轮机）开车→原料天然气脱硫系统开车，预转化炉升温开车→一段炉蒸汽升温→一段炉化工投料→二段炉加空气→氨冷冻系统开车→低变系统开车→脱碳系统开车→甲烷化系统开车→合成气压缩机开车，氨合成系统（合成回路）开车→弛放气回收单元（氨回收，氢回收）开车。
富岛一期合成氨装置2016年增设天然气预脱碳系统，采用aMDEA脱碳法一段吸收一段再生脱除原料天然气中多余的CO2，预脱碳系统各塔建立液位后，只要启动1台电机驱动的贫液泵即可建立脱碳（溶液）循环，开车快，故不对该步骤进行描述。值得一提的是，上述开车步骤并非有严格的先后关系，如：脱硫系统和预转化系统升温开车与转化系统氮气循环升温是可以同时进行的；本装置脱碳系统采用苯菲尔热钾碱法，其在蒸汽系统“建立”后就会进行设备及管道的静止钒化与循环钒化，主系统开车时直接将脱碳系统串入即可；二段炉加空气后系统废热回收副产蒸汽足够即可进行冷冻系统大冰机（汽轮机驱动）冲转开车等。
2 气头合成氨装置节能开车主要优化改进措施
2.1 外引中压蒸汽提前建立中/低压蒸汽管网
富岛一期合成氨装置设计开车过程需首先进行辅锅（1台）开车，建立蒸汽管网后再进行主装置开车。该辅锅的任务是生产高压过热蒸汽（设计蒸汽压力10.8 MPa、温度513 ℃、流量100 t/h），以补充合成氨装置热回收系统副产蒸汽的不足；辅锅开车过程中使用鼓风机提供天然气燃烧所需的助燃空气，正常生产时则引入燃机做功后排气（含氧量约16%）作为助燃空气。
富岛公司化肥一期装置所在的海南东方工业园区，中海石油化学股份有限公司于2001年收购了化肥一期装置（300 kt/a合成氨装置+520 kt/a尿素装置）后，先后在园区建成了化肥二期450 kt/a合成氨装置+800 kt/a尿素装置、2 000 t/d一期甲醇装置、2 500 t/d二期甲醇装置。为实现资源的最大化利用，各套装置建设时预留了管口，利用停车检修机会实现了园区内各套装置中压蒸汽管网的互联互通，并与华能东方电厂的中压蒸汽管网实现了互联互通；此外，各生产装置间的氨（包括冷氨和热氨）、氮气、仪表风、工厂风、返氢等资源也是互通的，正常生产时这些联通管线是关闭的，需要的时候经调整系统可以互通互送[2]。
富岛一期合成氨装置开车时，外引4.9 MPa、380 ℃中压过热蒸汽20～25 t/h，提前建立中压蒸汽管网、低压蒸汽管网，由于蒸汽经长距离（1.5 km左右）蒸汽管线输送，热损带来的疏水器排放会损耗一部分蒸汽，再加上外引返氢，可提前进行低变催化剂的还原，即使没有低变催化剂的还原工作，外引中压蒸汽可延迟辅锅开车10 h以上，此外还可供应苯菲尔热钾碱脱碳系统提前钒化所需的加热蒸汽，以及脱氧槽热力除氧所需的低压蒸汽等。简言之，外引中压蒸汽及低压蒸汽和其他物料后，可节省富岛一期合成氨装置开车时间，降低能耗，待辅锅开车后，逐渐退出外引中压蒸汽，并建立高压蒸汽管网，以满足后续主装置开车所需。
2.2 机组延迟开车与脱硫系统放空天然气回收
富岛一期合成氨装置设计使用外置氮压机（循环量16.5 km3/h，出口氮气压力0.5 MPa）对转化系统催化剂进行“大氮循环”升温（“大氮循环”流程：氮压机→预转化炉→一段炉→二段炉→高压蒸汽废锅→高压蒸汽第一预热器→高压蒸汽第二预热器→高变炉→高变炉后分离器→水冷器→入口分离器→氮压机）。升温过程中，需对一段炉对流段原料气盘管进行保护，设计上需要启动原料天然气压缩机。经分析，可延迟启动原料天然气压缩机，初期氮气升温一段炉烟气温度较低（一段炉对流段原料气盘管正常工作温度370 ℃，材料极限耐受温度500 ℃），可对原料天然气压缩机出口导淋进行充氮，脱硫系统前后稍微放空，避免管线的“干烧”。富岛一期合成氨装置自建成投产以来，由于上游天然气终端供气压力高，达到2.2～2.5 MPa，原料天然气压缩机高低压轴一直断开，仅使用高压缸对天然气进行提压，充分利用天然气自身供气压力高的优势，延迟原料天然气压缩机开车期间也可以用少部分放空天然气实现对一段炉对流段原料气盘管的保护。据测算，可在氮气升温进程一半，一段炉烧嘴点火约10 h、一段炉烟气温度达300～350 ℃时启动原料天然气压缩机。
富岛一期合成氨装置设计开车阶段在转化系统“大氮循环”升温、蒸汽升温阶段和化工投料前期，原料天然气简易流程为预脱碳系统→压缩机入口分离器→原料天然气压缩机→一段炉盘管→加氢反应器→脱硫槽→一段炉（或放空），为保护原料气盘管及利于脱硫系统的升温，不得不进行部分天然气放空。这部分放空天然气只是温度和压力发生了变化，组分未改变，2011年通过改造，在原料天然气压缩机入口分离器与脱硫槽出口之间增设1台水冷器并用管道连接以回收原料天然气，据原料天然气盘管温度调整回收量（设计最大回收量为15 km3/h），将此阶段原设计放空的天然气重新冷却至常温后再返回原料天然气压缩机入口，从而可减少一段炉开车的天然气放空量。预计每次全系统冷态开车可减少240 km3以上的天然气放空，折每次冷态开车可节约标煤约230 t[3]。
2.3 转化系统“大氮循环”升温的优化操作
更多内容详见《中氮肥》2026年第3期