袁强强
（山西晋丰煤化工有限责任公司，山西 高平048400）
［摘 要］山西晋丰煤化工有限责任公司一期、二期180 kt/a合成氨装置均采用常压固定层间歇制气、煤气间接冷却、半水煤气湿法脱硫、全低温耐硫变换、NHD脱碳、双甲精制（醇烷化）及中压氨合成工艺。原料气压缩机一段入口增设溴化锂冷却器、二期合成氨装置原料气压缩机气缸扩缸改造于2021年年底完成后，原料气压缩机打气量大幅增加，可停运1台原料气压缩机，大幅降低了吨氨电耗，但出现了原料气压缩机低压段段间水冷器阻力高制约系统长周期稳定运行的问题。经分析，原因在于，一段入口增设溴化锂冷却器、压缩机扩缸改造后，原料气压缩机二段和三段水冷器进/出口半水煤气温度大幅上涨，半水煤气中的H2S在富氧、高温、高压环境中发生直接氧化反应生成了单质硫（硫蒸气）并在降温过程中逐步凝结附着在段间水冷器列管内所致。2022年4月技改后，增压后二段和三段水冷器入口半水煤气温度大幅降低，段间水冷器列管内再未出现过硫磺堵塞问题。
［关键词］合成氨装置；原料气压缩机；段间水冷器堵塞；原因分析；H2S直接氧化反应；硫蒸气凝结；优化改进
［中图分类号］TQ113.25+1.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）05-0027-03
0 引 言
山西晋丰煤化工有限责任公司（简称山西晋丰）是晋能控股装备制造集团下属全资子公司，2003年8月建成投产1套180 kt/a合成氨、60 kt/a甲醇、300 kt/a尿素装置（一期项目），2008年10月又建成投产1套180 kt/a合成氨、60 kt/a甲醇、300 kt/a尿素装置（二期项目）。项目以晋城无烟块煤为原料，一期、二期合成氨装置均采用常压固定层间歇制气（UGI气化炉）、煤气间接冷却、半水煤气湿法脱硫、全低温耐硫变换、NHD脱碳、双甲精制（醇烷化）工艺及湖南安淳高新技术有限公司的中压氨合成工艺；一期、二期尿素装置均采用CO2汽提工艺，一期尿素装置采用高塔造粒、产品为中颗粒尿素，二期尿素装置采用挪威海德鲁流化床造粒、产品为大颗粒尿素。
近年来，山西晋丰在一期、二期合成氨装置原料气压缩机一段入口增设溴化锂冷却器，并于2021年底完成二期合成氨装置原料气压缩机气缸扩缸改造。2022年系统重启后，二期合成氨装置原料气压缩机低压段段间水冷器阻力高问题凸显，成为系统长周期稳定运行的最大制约因素，后通过技改使问题得到了解决。以下对有关情况作一简介。
1 原料气压缩机运行问题
UGI气化炉生成的半水煤气经冷却、脱硫后送至原料气压缩机，压缩机型号为6M50-312/314，采用六段往复式压缩，设计单台打气量312 m3/min，各段工艺气加压后设置段间水冷器。一期、二期合成氨装置各有5台原料气压缩机，原料气压缩机三段出口、四段入口、五段出口、六段入口设置总管联通，正常生产时原料气压缩机九开一备。半水煤气经原料气压缩机一段、二段、三段加压至2.0 MPa后依次送往变换、脱碳、精脱硫系统，精脱硫后的净化气中总硫＜0.1 mg/m3，净化气经原料气压缩机四段、五段加压至12.5 MPa后送往双甲系统精制，精制气经六段加压至24.5 MPa后送往氨合成系统。
近年来，为提高原料气压缩机单机效率，原料气压缩机一段入口增设了溴化锂冷却器，并对二期合成氨装置5台原料气压缩机1～6段气缸进行了扩缸改造：一段入口增设溴化锂水冷器后，来自半脱系统的半水煤气温度大致由30 ℃降至10 ℃，据理想气体状态方程计算，单台（半水煤气）打气量增加22 m3/min（标态，下同）；二期合成氨装置原料气压缩机扩缸及活门改造后，单台（半水煤气）打气量再增加46 m3/min；同等总氨日产量下，可停运1台原料气压缩机，吨氨电耗降低约73 kW·h。
原料气压缩机一段入口增设溴化锂冷却器、二期合成氨装置原料气压缩机气缸扩缸改造于2021年年底完成，2022年系统重启后，由于原料气压缩机一段进口半水煤气温度下降，尽管打气量大大增加，一段加压后半水煤气温度与技改前相比并无明显变化（稳定在110～120 ℃），一段段间水冷器工艺气侧压差也长期稳定，但二段和三段水冷器进/出口半水煤气温度全部上涨（见表1，数据为2022年4月1#、2#、3#原料气压缩机月度运行均值；工艺上要求重点管控段间水冷器后半水煤气温度，一段/二段/三段段间水冷器后半水煤气温度均要求在40 ℃以下），运行2～3月后二段和三段水冷器气相阻力由正常值20～30 kPa增至65 kPa。为降低段间水冷器阻力和段间水冷器进/出口气温度，在原料气压缩机运行期间对段间水冷器循环水侧进行反洗，反洗后半水煤气温度降低5～10 ℃，但1～2 h后半水煤气温度出现反弹，段间水冷器阻力在反洗前后则无明显变化。总之，原料气压缩机扩能技改后，二段和三段水冷器气相侧阻力增加，当阻力增至65 kPa后，需择机组织机组停车检修，即原料气压缩机低压段段间水冷器阻力高成为系统长周期稳定运行的最大制约因素。
2 原因分析
更多内容详见《中氮肥》2023年第5期