王爱民
（独山子石化塔里木石化分公司，新疆 库尔勒841000）
［摘 要］独山子石化塔里木石化分公司450 kt/a合成氨装置采用丹麦托普索传统蒸汽转化工艺。近两年来，转化系统运行中存在高负荷下操作难度大且能耗高、重启过程中气量不均烧嘴偏烧致炉管变形、一段炉烟气过剩空气系数高、一段炉阻力大、天然气组分变化大、掺烧的氨合成弛放气中氨含量偏高等问题，采取了一系列优化措施——开车过程中确定每一个烧嘴的点火顺序、降低一段炉烟气过剩空气系数、一段炉装填催化剂方式小变革、及时对天然气组分变化作出判断与调整、降低氨合成弛放气中的氨含量等，解决了上述问题，吨氨天然气消耗降低，转化系统优化取得了良好的效果。
［关键词］合成氨装置；转化系统；能耗高；运行问题；原因分析；优化措施
［中图分类号］TQ113.26+4 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）03-0034-04
0 引 言
独山子石化塔里木石化分公司（简称塔石化）450 kt/a合成氨装置采用丹麦托普索传统蒸汽转化工艺，2010年3月24日一段转化炉（简称一段炉）首次点火，2010年5月5日合成氨装置试车投产一次成功。转化系统是气头合成氨装置最重要的工序，尤其是龙头设备一段炉，其运行是否安全稳定直接关系到系统的整体效能与经济效益，且是企业节能降耗的重点环节。塔石化合成氨装置自原始开车以来，整体运行状况较好，但近两年来，由于天然气气源方面的原因，多次出现天然气组分变化较大的情况，导致转化系统高负荷工况下表现出一些问题——系统操作难度大且能耗高，催化剂床层阻力较大，且检修中发现一段炉部分炉管变形、一段炉转化管内件催化剂托架损坏等。塔石化生产部通过采取一系列优化措施，实现了转化系统高负荷下的平稳运行，有效降低了转化系统的能耗。以下对有关情况作一简介。
1 转化系统高负荷工况下的运行问题
塔石化合成氨装置转化系统，近两年内多次出现天然气组分变化较大的问题，造成转化系统高负荷下操作难度增大、能耗增加。
2019年12月15日，塔石化合成氨装置因保民用天然气停车，一段炉（H-201）于2020年1月更换转化催化剂，过程中发现催化剂托架约90%存在裂缝（大多为圈缝断裂）、一段炉部分炉管有所损伤而严重变形，当时已接到复工的任务，对变形严重的炉管进行了更换，在难以更换催化剂托架的情况下，采取了在一段炉底部装填一定量的大颗粒转化催化剂的措施，避免影响后续的复工进度。2020年2月合成氨装置重启后，基于国内一路上涨的尿素市场行情，塔石化决定提高生产负荷以提升企业经营效益——合成氨装置负荷提升至101%～102%左右，转化系统能耗增加，且系统表现出重启过程中气量不均易造成烧嘴偏烧致炉管变形、一段炉烟气过剩空气系数高、一段炉阻力大、天然气组分变化大、一段炉掺烧的氨合成弛放气中氨含量偏高（正常指标范围内应尽量偏低一些）等问题。
2 转化系统能耗高等运行问题的原因分析
2.1 重启过程中气量不均烧嘴偏烧致炉管变形
塔石化一段炉采用门型侧烧炉，烧嘴分布于转化管两侧，烧嘴火焰不直接接触转化管而是通过炉壁辐射进行加热；一段炉分东西两侧炉膛，每侧有120根转化管，共240根转化管，分为A、B、C、D四排烧嘴，共360个烧嘴。一段炉投料需先升温，蒸汽升温至620 ℃后配入天然气升温至780 ℃，此过程历时需10多个小时——最初烧嘴投用数由8个开始增点（燃），随着一段炉的升温需求逐渐增点，直至系统负荷达60%以上360个烧嘴才能全部点完，在此过程中，最初阶段会因每一根转化管内的气量不均而易出现炉管偏烧、热量局部不均的现象。简言之，2020年1月转化系统一段炉更换转化催化剂过程中发现的部分炉管有所损伤而严重变形的原因在于，重启一段炉烧嘴投用过程中，因天然气分配少、烧嘴点燃（投用）个数较少，出现了炉管偏烧、热量局部不均的现象，且转化催化剂床层同平面温差较大，造成炉管发生不同程度的损伤而变形。为避免或减少炉管干烧、偏烧及损坏，继而对转化系统的运行造成影响，开车过程中需把控好烧嘴的点火顺序及点火数量。
2.2 一段炉烟气过剩空气系数高
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