合成氨装置超低负荷运行总结

天然气供应严重不足,合成氨装置被迫长期在50%～65%的负荷下运行,有时甚至还低于50%,操作难度相当大。经过长时间的摸索,出现了一些问题,也有了一点经验和大家探讨一下。

大型天然气合成氨装置超低负荷运行总结

中原大化合成氨装置采用UHDE—AMV技术。该工艺的特点：转化部分降低一段炉负荷,出口甲烷含量高，通过二段炉加入过量空气来反应掉，空气压缩机采用燃气轮机驱动。脱碳采用改良苯菲尔流程、设置氨回收和氢回收单元及设置透平发电机等措施,装置吨氨能耗降到了28.82 kJ。该装置设计满负荷原料气量为28 .9k m3/h,产氨1 000 t/d,所用原料天然气由中原油田供给。由于种种原因,油田供应天然气量波动很大,2005年冬季以来,因天然气供应严重不足,合成氨装置被迫长期在50%～65%的负荷下运行,有时甚至还低于50%，操作难度相当大。经过长时间的摸索，出现了一些问题，也有了一点经验和大家探讨一下。

1．问题

1.1空气分布器损坏

该装置自2005年冬季以来一直在50%～65%负荷下运行。2006年2月系统大检修时发现二段炉空气分布器严重烧穿并断裂成3截。分析原因为系统长期低负荷运行,空气盘管内空气量少且压力低,导致空气流速不均匀,造成空气分布器振动,喷嘴燃烧火焰长度缩短,燃烧热温区上移,烧穿分布器。

1.2原料压缩机跳车

装置在原料气量15 000 m3/h下运行时,原料气压缩机入口压力控制在0.11 MPa,因油田供天然气组分突然加重,由102%上升到122%,原料气压缩机入口压力迅速下降,引起入口压力低联锁跳车而导致全系统跳车。

1.3脱碳水平衡难以维持

负荷低时系统热量少、压力低,脱碳水平衡难以维持。再生塔液位高(为防止碱液的损失,再生塔回水阀关闭),再生效果不好,影响吸收率,需要采取措施控制脱碳水平衡。

1.4合成气压缩机喘振

当负荷低时,系统压力低,合成气压缩机转速、流量低。2006年3月21日,空气压缩机防喘振阀突然被打开,系统工艺空气退出,合成气压缩机循环量急速下降,引起机组喘振,现场手动慢关空气放空阀后,机组逐渐恢复正常。

1.5氢回收单元干燥器再生不合格

氢回收负荷较低,干燥器再生时,再生尾气量达不到要求,往往在规定时间内再生不合格,造成干燥器出口微量(H2O、NH3)超标,致使冷箱结冰堵塞,压差升高,迫不得已冷箱停车解冻,每小时少产4 t氨。故干燥器再生时,需要专人手动调整增加再生气量,确保在规定时间内 再生合格。

2．措施

2.1 保护二段炉空气分布器

在空气盘管内加中压蒸汽,保证盘管内气体流速均匀,空气流速大于30 m/s。系统负荷在50%～65%时,要求盘管内蒸汽量大于6 t/h,这样既保护了空气分布器的安全运行,又确保了空气盘管不超温,还对二段炉的烃类蒸汽转化反应有利。

2.2 控制原料气压缩机入口压力

任何情况下一段入口压力都要>0．12 MPa(0．106 M Pa跳车),循环量>26 000 m3/h,以防喘振。我公司曾发生过压缩机入口压力0．11M Pa生产时原料气组分突然加重的情况,导致机组入口压力迅速下降,压缩机跳车致使全系统停车,操作人员根本来不及处理。

2.3维持脱碳水平衡

脱碳水平衡不好维持时,可停开水力透平,以节省热量。另外还可采取以下措施:①提高系统压力,减少工艺气带入水量;②吸收塔、再生塔冲洗水量减至最低(分别为1 t/h和4 t/h);③提高吸收塔上塔溶液温度,由70℃提至85℃;④增大转化系统水碳比;⑤适当减循环量,降低再生热负荷;⑥开换热器旁路,提高进脱碳工艺气温度。

天然气供应严重不足,合成氨装置被迫长期在50%～65%的负荷下运行,有时甚至还低于50%,操作难度相当大。经过长时间的摸索,出现了一些问题,也有了一点经验和大家探讨一下。

2.4保护机组安全

负荷低时不要只降转速,应开大机组防喘振阀,确保机组循环量大于喘振量,维持透平转速大于8 500 r/min,并避免转速波动。

3．操作要点：

经过长时间的运行我们也总结了平时操作就注意的事项：

3.1 控制好蒸汽温度和压力

蒸汽在本装置来说既是反应参与者，又是能量提供者，可以说是生产的生命线。装置原设计高压蒸汽(11．2 MPa,530℃)由3台废热锅炉和1台辅助锅炉供给。高压蒸汽驱动冰机透平和发电机透平做功后的蒸汽进入中压蒸汽(5．15 MPa,420℃)管网,中压蒸汽驱动原料气压缩机、合成气压缩机、CO2压缩机透平。随着公司新建项目的相继投用,目前高、中压蒸汽大部分由燃煤锅炉供给,所以保证燃煤锅炉送汽的品质至关重要。为确保少部分自产蒸汽温度参数合格(过热高压蒸汽温度大于460℃,过热中压蒸汽温度大于380℃),现场蒸汽系统喷水降温器全部关闭,尽量少开蒸汽减压站。

3.2 控制好一、二段转化炉温度

由于负荷低,一段炉温度控制在相对较低温度(745～755℃,正常为770～780℃),这样 既能保证甲烷转化率,又节省燃料,还对转化管壁温度有利。二段炉适当多加空气,对维持系统 压力有利,还能提高蒸汽品质,保证二段炉的甲烷转化率。

3.3控制好系统压力

控制系统压力大于3.2 MPa,以确保脱碳的吸收率和CO2净化度,减少工艺气带入脱碳的 水量,保证再沸器的换热效率,同时防止脱碳单元的水力透平振动大。

3.4 控制合成回路氢氮比

转化系统适当多加空气,氢回收单元多加返氢量,确保合成回路氢氮比≥60%,以利氨合成反应,降低合成气压缩机功耗,增加氨合成塔出口废锅产饱和蒸汽量。

3.5 控制好氢回收单元负荷

通过转化系统适当多加空气和增加冷箱返氢量,保证氢回收单元负荷大于18000 m3/h(正常24000 m3/h),这样既可以增加去一段炉的燃烧尾气量,又可以降低合成气压缩机的功耗。

3.6 调整好燃气轮机的负荷

由于系统压力较低,空气压缩机的出口压力可控制低些,即降低燃气透平的负荷,同时控制缸的负荷大于93．15%,循环量大于43 500 m3/h(防止机组喘振)。这样,燃气透平可节省200 m3/h的纯燃料转作原料,降低吨氨消耗。

3.7降低辅锅负荷

蒸汽尽可能由燃煤锅炉供给,部分辅锅烧嘴停用,将辅锅负荷降至最低值0.8 m3/h(满负荷为6km3/h),节省的燃料作为原料,可增加氨产量,降低吨氨消耗。同时能保证在燃煤锅炉断煤的情况下能快速加负何，产出合格蒸汽。

3.8确保发电机组稳定运行

高压蒸汽透平驱动的发电机组(80 t/h的过热高压蒸汽发电2 500 kW)发出的电并入内部电网使用,而高压蒸汽驱动透平做功后的中压蒸汽进入中压蒸汽管网。为了保证发电机组的安全稳定运行,要求透平蒸汽量大于62 t/h,发电量大于1 000 kW,防止发电机组突然解列停车。

4．结束语

合成氨装置在超低负荷运行时,要求操作人员精心、细心,提高巡检频次,善于观察参数的微小变化,在生产稳定的前提下,采取措施降低合成氨成本,多做事故预想,常搞事故演练,遇到事故发生时,要求分工明确,各司其职,重点处理,防止事故扩大化。

参考文献：<<中氮肥>>2007年 第03期”大型节能合成氨装置超低负荷运行总结”