湖北新洋丰合成氨厂15万t/a合成氨装置变换工段原采用中低低变换工艺,因中变炉催化剂床层温度高,导致中变炉出口管道温度高(一般达470 ℃),多次出现温差应力拉裂管道的现象,2015年曾2次停车处理,前后损失达100余万元,且严重威胁系统的安全生产;另外,中低低系统吨氨蒸汽消耗达550 kg,导致液氨生产成本较高。2015年10月,变换系统若不进行技改,仍需更换变换催化剂,需资金144万元,而进行低低变技改只需再增加资金44.4万元。为确保安全生产并达到节能降耗的目的,2015年10月,利用全厂大修的机会,对变换系统进行了低低变技改,收到了较好的效果,现总结如下。
1.技改方案
(1)变换炉分段。原中变炉一段、二段分别作为全低变的一、二段;原低变炉的一、二段分别作为全低变的三、四段;抗毒剂主要放在一段。
(2)热水塔与水分离器技改。采用增湿流程可以有效降低饱和热水塔的负荷,但原DN2600饱和热水塔偏小,阻力略大,技改时去掉几层筛板,同时将原DN2200气水分离器更换为1台DN3000气水分离器,以有效分离液态水,防止水带入催化剂床层造成结块;原DN2200气水分离器置于饱和塔前,与原除油器并联使用。
(3)变换炉更换催化剂前准备工作。中变炉、低变炉在装催化剂前,认真检查内保温、气体进/出口分布器,保证其符合要求,防止发生气体偏流现象;因中变炉床层温度降至350 ℃以下,技改时将内保温减薄至100 mm,多装填部分催化剂,确保系统长周期稳定运行及减小催化剂床层阻力;因低变炉装填空间有限,技改时将原低变一段内保温减薄至50 mm,原低变二段内保温则拿掉,以便多装填催化剂。
(4)增加1台增湿器。采用2600 mm×13000 mm的二段增湿器,单独用2台DG6-150×4型工业锅炉多级离心泵给水,增湿水泵流量12 m3/h、扬程≥150 m,增湿器用水电导率最好不大于0.5 μm/cm。
(5)提高溴化锂水冷机组入口水温。热水塔出口变换气温度降至72 ℃左右后,无多余热量供溴化锂机组出口循环水提温,为此,热力除氧另增加蒸汽用量,以提高溴化锂水冷机组入口水温,蒸汽用量增加3.0~3.3 t/h。
(6)冷却器与水加热器调整。原低变一段冷却器放在热水塔出口与第二水加热器并联使用﹙第二水加热器直径、换热面积均偏小﹚,30 ℃左右的除盐水与热水塔出口的变换气换热后一部分去增湿器,另一部分去锅炉;原二段冷却器与第一水加热器并联使用以降低阻力,用于变换炉四段出口气体的降温,其换热面积为(390+500) m2,可满足生产需求。
(7)主热交配置副线。经核算,主热交换热面积1200 m2,偏大,技改时配置冷热副线用于调整变换一、四段入口气体温度。
(8)管道设计。主线DN800管道基本够用;其他气体管道直径按实际工况确定,气体流速以9~12 m/s为宜。
(9)水系统分离。因饱和热水塔循环水中Cl-含量为50~80 mg/L,严重偏高,技改时将半脱后的水洗与造气的水洗分开,单独使用。
2.变换炉抗毒剂及催化剂装填方案
变换一段(原中变上段):15 m3抗毒剂+25 m3 B303Q催化剂。
变换二段(原中变下段):28 m3 B303Q催化剂。
变换三段(原低变上段):30 m3 B303Q催化剂。
变换四段(原低变下段):3 m3抗毒剂+41 m3 B303Q催化剂(变换四段可能装不下所需催化剂,多出的催化剂移到三段)。
3.技改后变换系统(气相)流程
压缩机来的半水煤气(<40 ℃)→油水分离器→ 除油器→饱和塔(约101 ℃)→气水分离器→主热交换器(约210 ℃)→变换一段(320~330 ℃,CO含量约17%)→喷水增湿(约200 ℃)→变换二段(300~310 ℃,CO含量约6%)→喷水增湿(约220 ℃)→变换三段(约260 ℃,CO含量2.0%~2.5% )→主热交换器(190~200 ℃)→变换四段(200~210 ℃,CO含量1.0%~1.2% )→一水加﹙原第一水加热器与原二段冷却器并联﹚[ 约110 ℃(露点88 ℃) ]→热水塔(约72 ℃)→二水加热器→冷却器→出口分离器→后工段。
4.采用低低变工艺需注意的问题
采用低低变工艺,其催化剂对氧极其敏感,需严格控制半水煤气中的氧含量,应不大于0.5%(体积分数)。若氧含量上升0.1%,低低变一段催化剂最下层(从上至下共6个测温点)第6点温度会上升约30 ℃,为维持催化剂床层温度稳定,须大幅增加蒸汽用量,既不利于安全生产,又增加了生产成本。因此,为防止半水煤气中氧含量超标,造气工段倒换造气炉时须确保炭层和炉温合格;正常生产时,易导致氧含量升高的主要原因是造气炉炭层吹翻、穿洞,尤其是在冬季入炉空气密度增大、鼓风机风压较高时,更易发生此类现象,这是由于空气未完全燃烧而进入气柜导致氧含量上升。所以,一旦炉温异常,主操作工应及时停炉处理。
5.技改效果及效益
(1)技改投入。水分离器φ3000 mm,1台,18万元;增湿器φ2200 mm,1台,20万元;水泵 DG12-150×4,2台、6万元/台,共12万元;设计费 6万元;其他费用(管道、土建、安装等)25万元;SB303Q低变催化剂,80 m3、1.03万元/m3,共82.4万元;SB303Q抗毒剂,20 m3、1.25万元/m3,共25万元。上述各项合计共188.4万元。
(2)安全效益。技改后,变换炉进出口管道温度大幅下降,全低变进口管道温度240 ℃,催化剂层温度380 ℃,变换炉出口管道温度320 ℃,降温达100~150 ℃,温差应力大大降低,彻底杜绝了因温度过高使管道拉裂而导致的停车事故,保证了系统的安全、稳定运行。
(3)经济效益。技改后,全低变流程蒸汽单耗降至250 kg,较技改前蒸汽单耗降低300 kg,按12万t/a产能、蒸汽价格100元/t计算,年节汽效益为12×0.3×100=360万元。技改后,给水泵小时耗电15 kW·h,按电价0.57元/( kW·h)、年运行10个月计,给水泵年电费为15×24×0.57×30×10=6.15万元;另外,溴化锂水冷系统及变换系统补水增加蒸汽消耗约2.5 t/h,年增加费用2.5×24×100×30×10÷10000=180万元。上述各项合计,年可增加效益360-6.15-180=173.85万元。
技改历时1个月,2015年11月合成氨厂开车,至2016年1月,变换系统运行稳定,各项指标均达到了预期目标,安全效益与经济效益十分显著。
(湖北新洋丰 向宏 官列锋)