王爱民，钱浩，武新河，林美玲，哈力木·牙生
（中国石油塔里木油田公司石化分公司，新疆 库尔勒841000）
［摘 要］ 塔西南化肥厂200 kt/a合成氨装置采用Kellogg加压催化转化工艺。结合转化与变换系统的工艺流程及生产实际，对多年来出现的几类典型事故案例——罗茨鼓风机（140-J）损坏、转化系统的硅迁移、炉水磷酸盐暂时消失、低变炉热波现象等事故现象进行描述，通过事故原因分析、总结与提炼提出可采取的应对措施，以利系统的安、稳、长、满、优运行，并通过典型事故案例的分享为业内提供一些参考和借鉴。
［关键词］ 合成氨装置；转化与变换系统；罗茨鼓风机损坏；转化系统硅迁移；炉水磷酸盐暂时消失；低变炉热波现象；原因分析；应对措施
［中图分类号］ TQ113.24+2［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）05-0028-04
0 引 言
塔西南化肥厂200 kt/a合成氨装置采用美国Kellogg公司的低能耗加压催化转化工艺（工艺流程见图1），设计产能600 t/d。转化与变换系统是合成氨装置的龙头，包括一段转化炉（简称一段炉）、二段转化炉（简称二段炉）、高变炉、低变炉、引风机、鼓风机等主要设备以及工艺蒸汽系统。自原始开车以来，塔西南化肥厂合成氨装置转化与变换系统经历过许多事故，以下对多年来出现的几类典型事故——罗茨鼓风机（140-J）损坏、转化系统的硅迁移、炉水磷酸盐暂时消失、低变炉热波现象等案例进行分析、总结与提炼，以供业内参考。
1 转化与变换系统工艺流程简介
原料天然气（燃料天然气供应为另一个独立的系统）入界区压力为4.2 MPa，通过原料气分离罐除掉夹带的液体或固体后进行加氢脱硫［原料天然气中含有低浓度的硫醇和其他有机硫，先将有机硫加氢转化为硫化氢（采用钴钼加氢催化剂），然后用氧化锌脱除硫化氢］；脱硫后的原料气与中压蒸汽混合，并流至一段炉（101-B）对流一段，经烟气预热后，混合气被分配到悬挂在一段炉辐射段的催化剂管中，自上而下通过镍基转化催化剂层，出口气在离开辐射段时于上升管或收集管中进一步吸收热量。经部分转化的转化气从一段炉出口通过输送管（107-D）流向二段炉（103-D）内有耐火材料衬里的燃烧室，与经一段炉预热且流量按氨合成所需氮量相当的空气混合后，在特殊设计的燃烧室内反应，之后混合气自上而下流经镍转化催化剂床（部分转化的气体燃烧时所发出的热量提供完成转化反应所需的能量）。二段炉的出口气直接进入废热锅炉（101-C）冷却并副产蒸汽，其后工艺气经高压蒸汽过热器（102-C，高压蒸汽过热器提供合成氨装置所需的大部分过热蒸汽）进入高变炉（104-D1）。
在变换工序中，CO与蒸汽反应生成等体积的H2和CO2。变换反应为可逆反应，高温有利于加快反应速率而低温有利于反应平衡，故采用两段变换工艺（高变+低变），价廉寿命长的传统氧化铁催化剂在高变炉中承担大部分变换反应，而低温变换炉内则采用更有利于反应平衡的低温变换铜基催化剂，从而提高了整个系统的效率。变换工序由2台立式单床变换炉（高变炉和低变炉）和换热器（103-C）组成，103-C用于回收高变炉出口气中的热量以副产高压蒸汽。
2 典型事故案例原因分析及应对措施
2.1 罗茨鼓风机损坏及有关问题
原始试车之单体试车阶段，由于罗茨鼓风机（140-J）入口处憋压等原因，造成罗茨鼓风机损坏，由于无法在短时间内修复及购置，于是迅速对空压机（101-J）进行技改，充分利用空压机高压缸（空压机三、四段缸压力较高，将其低压缸防喘振阀全开，高压缸改打氮气），用于替代罗茨鼓风机，15 a多来的运行实践表明，此举取得了良好的成效。
空压机（101-J）高压缸用于替代罗茨鼓风机后，转化与变换系统可以一起进行升温（包括低变炉的升温，其升温流程如图2），也可以单独进行低变炉的升温（详细介绍见参考文献［3］）；且切换过程中不需要停空压机就能实现转化系统的蒸汽升温，而低变炉单独继续升温，两者可以同时进行，不受影响。此举不仅利于节能降耗，操作人员的劳动强度也大大降低，推荐到兄弟厂家后，同样取得了良好的效果。
2.2 转化系统的硅迁移
2.2.1 硅迁移的现象
塔西南化肥厂合成氨装置在2006年检修后开车第1次发现转化系统的硅迁移现象：2006年某日，系统生产负荷在92%、水碳比为3.19，运行过程中发现高变炉入口温度（TIC-10）上涨过快，短短几天由平常的351 ℃升至400 ℃以上，且高变炉催化剂床层也出现温度高报警；据当时的状况，并查阅相关资料，认为发生了硅迁移，当时采取在高变炉入口增加喷淋水的方式降低入口温度；坚持1周后，系统被迫提前进行检修，更换高变催化剂，对换热器（101-C、102-C）内部芯子进行彻底清洗。
转化系统发生硅迁移，其现象主要表现为：① 高变炉入口工艺气温度快速上涨；② 系统蒸汽量不足，辅锅负荷逐渐增加，消耗增加；③ 废热锅炉（101-C）及高压蒸汽过热器（102-C）温度变化逐渐增大，102-C旁路阀、高变炉入口温度（TIC-10）调节阀开度变化也较大。
2.2.2 硅迁移的危害
高温是转化系统的一个重要特点，由于富氧加入量波动，超温是转化系统较常见的一种现象，而一旦超温，转化催化剂中的硅就容易产生迁移而对后续系统产生腐蚀，转化气废热锅炉是首当其冲的设备，很多气头合成氨装置的转化气废热锅炉就是因转化系统的硅迁移而腐蚀损坏的。此外，转化炉中使用的辅助材料如耐火砖、耐火球，其硅含量须较低，否则也会出现硅迁移现象。
发生硅迁移后，首先是蒸汽量逐渐不足，辅锅和快锅的负荷增加，消耗增加；其次是对高变催化剂不利，结垢物附着在催化剂的表面，高变催化剂活性和强度均下降，使用寿命也缩短，不仅需更换高变催化剂，且造成装置被迫提前进行大检修，生产成本大大增加。
2.2.3 硅迁移的原因分析
更多内容详见《中氮肥》2019年第5期